Legacy of FIBO
|
||
เทคโนโลยีหุ่นยนต์ในข้อต่อ/หัวเข่าเทียม
|
เทคโนโลยีหุ่นยนต์ได้ถูกนำมาใช้ในการควบคุมการทำงานของข้อต่อเทียมต่างๆ รวมไปถึงหัวเข่ากลไกอัตโนมัติ กลไกหุ่นยนต์ที่มาช่วยผู้พิการที่ประสบอุบัติเหตุถูกตัดขาทิ้งไป ในระดับ เหนือหัวเข่า เป็นผลงานวิจัยของ ดร. ฮิวช์ เฮอร์ แห่ง มีเดียแลป เอ็มไอที โดยมีบริษัท ออสเซอร์นำมาผลิตขายในเชิงพาณิชย์อย่างจริงจัง จนช่วยผู้พิการทั้งหลายทั่วโลกให้สามารถเดินได้อย่างปกติใกล้เคียงกับธรรมชาติ ดร. เฮอร์ บอกผมว่าเมื่อใช้อุปกรณ์ชิ้นนี้แล้วผู้พิการสามารถไปไหนมาไหนเหมือนคนทั่วไป ยกเว้นอย่างเดียวคือห้ามลงไปเล่นน้ำเพราะวงจรไฟฟ้าจะเกิดลัดวงจรทำให้อุปกรณ์ไม่สามารถทำงานได้ดร.เฮอร์ นั้นเริ่มการศึกษา กลไกชีวะ (Biomechanics) ของทั้งร่างกายมนุษย์ จากการที่เขาไปประสบอุบัติเหตุเล่นสกีแล้วต้องตัดขาทิ้งไปทั้งสองข้างในระดับ ใต้หัวเข่า อุปกรณ์ง่ายๆ ที่เขาได้ออกแบบและสร้างขึ้นทำให้เขาสามารถเดินหรือแม้แต่กระทำกิจกรรมที่เขาชอบมากคือ ปีนเขา ได้สะดวก อุปกรณ์นี้อาศัยหลักการทำงานของสปริงและแดมเปอร์เท่านั้น ไม่มีไฟฟ้าและอิเลกทรอนิคส์เข้ามาเกี่ยวข้องเลย ความรู้ความเข้าใจนี้เองเป็นพื้นฐานสำคัญนำไปสู่การวิจัยหัวเข่าเทียมไฮเทค: Rheo Knee TM System จัดประเภทเป็นหัวเข่าเสริมภายนอก ซึ่งมิได้ผ่าตัดฝังไปอยู่ภายในเนื้อเยื่อมนุษย์ครับหัวเข่าเทียมรีโอ ถูกตั้งชื่อตามของเหลวชนิดหนึ่งที่ประกอบไปด้วยน้ำมันและผงเหล็กเล็กๆล่องลอยปะปนอยู่ในน้ำมันนั้น ของเหลวนี้จะถูกบรรจุไว้ที่ข้อหมุนในหัวเข่าเทียมรีโอ เมื่อเราสร้างสนามแม่เหล็กครอบคลุมของเหลวดังกล่าว ทำให้ลวดลายการเรียงตัวของผงเหล็กเหล่านั้นถูกกำหนดโดยทิศทางและความเข้มของสนามแม่เหล็ก แรงเสียดทานก็ย่อมแตกต่างตามไปด้วย ดังนั้นเราจึงสามารถตั้งค่านิจของสปริงและแดมเปอร์ได้ตามความต้องการและอย่างรวดเร็ว ค่านิจเหล่านี้อยู่ในสมการสัมพันธ์ด้านพลศาสตร์การเคลื่อนที่ของหัวเข่าที่สอดคล้องกับท่าทางการเคลื่อนไหวของมนุษย์ที่ ดร. เฮอร์ ได้ทำการศึกษาไว้ก่อนหน้านี้ นอกจากความรวดเร็วในการทำงานจริงร่วมกับส่วนอื่นๆของร่างกายมนุษย์ในขณะเดินแล้ว ข้อดีอีกประการหนึ่งคือความเงียบเนื่องจากไม่มีกลไกในลักษณะเฟืองขบกัน ผู้พิการที่ใช้หัวเข่าเทียมรีโอนี้ ยังสามารถก้าวขึ้นลงบันไดได้อย่างปกติหรือแม้กระทั่งเดินกึ่งวิ่งได้อีกด้วย มีการเปรียบเทียบกับหัวเข่าเทียมแบบแพสซีฟไฮโดรลิกของบริษัท Mauch และ รุ่น C-Leg ที่มีการทำงานแบบแอกทีฟไฮโดรลิกควบคุมการทำงานโดยไมโครโพรเซสเซอร์ ของบริษัท ออตโตบ๊อก ปรากฏว่าพลังงานที่ร่างกายต้องใช้ออกมา เพื่อขับเคลื่อนหัวเข่าทั้งสามนั้น หัวเข่าเทียมรีโอ ต้องการต่ำสุด นั้นคือด้วยพลังงานที่มีอยู่เท่ากัน หากใช้หัวเข่ารีโอสามารถเดินได้ไกลกว่า อย่างไรก็ตามบางท่านอาจต้องการเผาผลาญพลังงานที่สะสมในร่างกายอาจไม่ถือว่าเรื่องประหยัดพลังงานเป็นข้อได้เปรียบ แต่โดยทั่วไปในแง่เทคนิคต้องขอบอกว่า ความพลิ้ว ของกลไกทำให้กลไกต้องการพลังงานที่ต่ำ ส่วนความเงอะงะตอบสนองช้าเกินไปนอกจากใช้พลังงานสูงกว่าแล้ว ยังไม่เป็นธรรมชาติอีกด้วยกลยุทธ์การใช้พลังงานที่ต่ำกว่าก็ยังคงมาจากความเข้าใจพื้นฐานในการปรับแต่งให้ค่านิจของสปริงและแดมเปอร์ ให้อยู่ในระดับและทิศทางที่ลดการทำงานของกล้ามเนื้อมนุษย์ที่ตำแหน่งตะโพก ในแง่ของการควบคุมผู้ใช้งานหรือคุณหมอไม่จำเป็นต้องเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ให้คนไข้แต่ละคน หัวเข่าเทียมรีโอสามารถปรับค่านิจอย่างต่อเนื่อง ณ เวลาใดๆ ในขณะที่ถูกใช้งานที่ความเร็ว การขึ้นลงบันได และ/หรือ พื้นผิวที่มีลักษณะแตกต่างกัน การปรับนี้มุ่งหาค่าที่สมดุลที่สุดระหว่างสมรรถนะและพลังงานที่ใช้ ผมถือว่า หัวเข่าเทียมรีโอนี้ เป็นกลไกอัจฉริยะเพราะมีการออกแบบการคำนวนอันชาญฉลาดอยู่ภายใน ก้าวต่อไปของเรื่องนี้น่าจะมีอยู่สองประการ ประการแรกระบบมอเตอร์ที่เลียนแบบการทำงานของกล้ามเนื้อมนุษย์ และการบูรณาการเครือข่ายเซ็นเซอร์อัจฉริยะ ปัจจุบันยังไม่มีเทคโนโลยีใดสามารถสร้างมอเตอร์ให้มีสมรรถนะใกล้เคียงกับกล้ามเนื้อมนุษย์ที่สามารถสร้างกำลังงาน 50 วัตต์/กิโลกรัมได้อย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้กล้ามเนื้อมนุษย์ยังปรับตัวเองได้อย่างน่าพิศวง แต่ก่อนตอนเรียนอยู่ที่อเมริกาผมเข้าไปออกกำลังกายในโรงยิมเป็นประจำโดยมีแรงจูงใจจากคุณอาร์โนลด์คนเหล็ก กล้ามเนื้อและ Motor Skill ของผมปรับเข้าสู่การใช้กำลังงานที่ rating สูงๆ หลังจากกลับมาทำงานที่กรุงเทพ ไม่ได้ออกกำลังกาย วันๆ ใช้เวลาส่วนใหญ่กับการขับรถ กล้ามเนื้อที่แข็งแรงก็เปลี้ยไป ผนวกกับ สังขารา อนิจจัง แล้ว ตอนนี้เห็นของหนักๆ ไม่กล้ายกแล้วครับ นอกจากการ scale up ตัวเองหลังจากทำงานหนักแล้ว กล้ามเนื้อมนุษย์ยังทำงานได้อย่างเงียบเชียบมาก หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ ใจดี ที่ สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (ฟีโบ้) ส่งเข้าไปแข่งที่ World RoboCup ปีนี้ ตัวนิดเดียว แต่มอเตอร์ส่งเสียงดังมาก เราเชื่อกันว่ามอเตอร์ที่ทำงานได้ใกล้เคียงกับกล้ามเนื้อมนุษย์ต้องถูกพัฒนาขึ้นมาก่อนที่หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์เหล่านี้จะสามารถอยู่ร่วมกับมนุษย์ได้อย่างแท้จริง มิฉะนั้น เสียงมอเตอร์ไฟฟ้าทำงานจะทำให้คุยกันไม่รู้เรื่องครับ ทีมนักวิจัยของ ดร.เฮอร์ ถึงกับคิดเอาเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อมนุษย์ มาแบบ ลูกผสม กับชิ้นส่วนเหนี่ยวนำทางแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อสร้างมอเตอร์สายพันธุ์ใหม่ น้องๆ ที่กำลังเรียนทางด้านหุ่นยนต์ ผมขอแนะนำให้สนใจเรื่องนี้ด้วยครับ เรื่องของเซ็นเซอร์ก็เหมือนกัน ต้องสามารถปรับตัวเองได้หลังจากใช้งานไปแล้ว หรืออย่างน้อยสามารถคิดและคำนวณได้ระดับหนึ่งก่อนส่งข้อมูลไปประมวลผลที่คอมพิวเตอร์ส่วนกลาง มิใช่ส่งไปทุกอย่างที่ตรวจวัดมาได้ ส่งไปให้ส่วนกลางคิดต่อจนหัวบวมหรือจนเครื่อง แฮงก์ ไป ต้องคิดก่อนทุกอย่างที่จะส่งไป ไม่ใช่ส่งไปทุกอย่างที่เอามาคิด ครับ
ดร. ชิต เหล่าวัฒนา จบปริญญาตรีวิศวกรรมศาสตร์ (เกียรตินิยม) จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี ไดัรับทุนมอนบูโช รัฐบาลญี่ปุ่นไปศึกษาและทำวิจัยด้านหุ่นยนต์ที่มหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น เข้าศึกษาต่อระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอน สหรัฐอเมริกา ด้วยทุนฟุลไบรท์ และจากบริษัท AT&T ได้รับประกาศนียบัตรด้านการจัดการเทคโนโลยีจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งมลรัฐแมสซาชูเซสต์ (เอ็มไอที) สหรัฐอเมริกา
|
