แมลงสอนเดิน

การกำหนดและออกแบบให้หุ่นยนต์ทำงานสอดคล้องสภาพพื้นผิว (Terrain) จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง หุ่นยนต์สำรวจภูเขาไฟขั้วโลกใต้ : Dante ตัวแรกลงทุนไป 4.5 ล้านเหรียญสหรัฐ ที่สร้างโดยทีมนักวิจัยของมหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอน ลืมคิดไปว่าลำตัวหุ่นยนต์ต้องมีการบิดไปมาเนื่องจากสภาพผิวเดินไม่เรียบ กลไกข้อต่อที่สร้างขึ้นมิได้รองรับการเคลื่อนที่นี้ จึงทำให้สายส่งกำลังและสัญญาณควบคุมขาดและหุ่นยนต์ Dante กลิ้งตกลงไปนอนแอ้งแม้งอยู่ใต้ปล่องภูเขาไฟ ไม่มีใครกล้ากู้ซากหุ่นยนต์ขึ้นมาเพราะบริเวณนั้นเต็มไปด้วยแก็สพิษที่อันตราย ซึ่งก็เป็นเหตุผลเดียวกันตั้งแต่ต้นที่ต้องใช้หุ่นยนต์ลงไปสำรวจครับ

ในภาพยนต์ฮอลลีวูด เราเห็นการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ที่อ่อนไหว ละเอียดและซับซ้อน แต่นั่นเป็นเพียงเทคนิคด้านแอนิเมชันและเอฟเฟกต์ ความเป็นจริงคือกลไกทางกลที่มนุษย์ได้ออกแบบมาจนถึงปัจจุบันนี้ยังเทียบไม่ได้กับโครงสร้างทางกลของสิ่งที่มีชีวิตเลย มดหนึ่งตัวมีพลกำลังมหาศาลสามารถยกน้ำหนักเกินน้ำหนักตัวมันเองถึง 10-20 เท่าตัวทีเดียว นี่ยังไม่นับรวมถึงระบบสัญญาณประสาทซับซ้อนที่สามารถประสานงานขามดทั้งหมดให้ทำงานได้อย่างเหมาะเจาะลงตัว

ในช่วงทำงานตอนกลางคืนนั้นผมมีเพื่อนแก้เหงาเป็นแมลงสาบอยู่ตัวหนึ่ง เจอหน้าผมทีไร เขาแกล้งวิ่งเป็นวงกลมแล้วหายท้องชักตายทุกที คงจะกลัวว่าผมจะทำอันตรายกระมังครับ ก็ได้ “เพ่งจิต” บอกเขาไปว่าต่างคนต่างอยู่อย่ารบกวนกันเลย เราเป็นเพื่อนเกิด แก่ เจ็บ ตาย ด้วยกันทั้งนั้น อันที่จริงผมเพลิดเพลินชอบดูแมลงสาบตัวนี้ไต่ชั้นวางหนังสือ กลไกช่วงขาของเขาทำงานสัมพันธ์กันอย่างน่าทึ่ง โดยเฉพาะเมื่อตอนต้องเคลื่อนที่บนสันขอบหนังสือที่ไม่เท่ากัน หากต่อเส้นแต่ละจุดสัมผัสเข้าด้วยกันเราจะได้ “พื้นที่เสถียร” (Stable Contacted Polygon) ผมสังเกตว่าในบางคราวจุดศูนย์ถ่วงของเขาตกอยู่นอกพื้นที่นี้ ซึ่งแตกต่างจากหุ่นยนต์เคลื่อนที่ช้า (Slow Moving Mobile Robot) โดยทั่วไปที่ต้องอาศัยเงื่อนไขนี้ที่จุดศูนย์ถ่วงต้องตกอยู่ภายในพื้นที่ที่ว่า เพื่อให้เกิดเถียรภาพในการเคลื่อนที่

มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบริกคลีย์ มิชิแกน พรินซ์ตัน คอแนล และมอนทานาได้รับทุนจากเอ็นเอฟเอส National Science Foundation (NSF) ถึง 5 ล้านเหรียญสหรัฐ ทำงานวิจัยและสร้าง “หุ่นยนต์คล้ายแมลงสาบ”: RHex ขึ้นเพื่อค้นหาที่มาและความจริงเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของแมลงสาบโดยเน้นการศึกษาด้านกลไกและระบบประสาท ทีมนักวิจัยประกอบไปด้วยนักชีววิทยา วิศวกรและนักคณิตศาสตร์ เอ็นเอฟเอสได้ตั้งงบประมาณรวมถึง 30 ล้านเหรียญสหรัฐสนับสนุนงานวิจัยเพื่อตอบคำถามหลักๆในสาขาวิทยาศาสตร์ชีวภาพ

การศึกษาแมลงสาบตัวจ้อยนี้อาจทำให้มนุษย์เราได้ทราบถึงความสัมพันธ์ของระบบกล้ามเนื้อและเส้นประสาทจนถึงวิธีการ “เดินไปข้างหน้า” หุ่นยนต์ “RHex” ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อเลียนแบบการเดินของแมลงสาบ โดยใช้สัญญาณสั่งการจากคอมพิวเตอร์ที่คำนวณมาจากสมการคณิตศาสตร์ผสมผสานหลักการของนิวรอนเน็ตเวิร์กและวิธีการซอฟต์คอมพิวติ้งอื่นๆ นักคณิตศาสตร์จึงมีบทบาทสำคัญยิ่งในทีมนักวิจัยนี้ ที่น่าสนใจมากคือต้นแบบสมการเหล่านี้มีการแก้ไขดัดแปลงโดยใช้ผลการทดลองกับแมลงสาบจริงๆด้วย จะทำเช่นนี้เราต้องสามารถถอดรหัสสัญญาณแปลความหมายและเข้าใจ “ความคิด?” ของเขาได้ ทีมนักวิจัยยังขยายความสนใจไปที่การเคลื่อนที่ของปู กิ้งก่า สุนัข จนกระทั่งถึงมนุษย์

อีกด้านหนึ่ง มีนักศึกษาของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ที่แคมปัสเออร์วายน์ ได้นำแมลงสาบจากมาดากัสการ์มาบังคับการทำงานของ Trackball ที่ไปควบคุมหุ่นยนต์สามล้ออีกทีหนึ่ง เมื่อหุ่นยนต์จะวิ่งไปชนสิ่งกีดขวางอินฟราเรดเซ็นเซอร์ตรวจสอบเจอก็ไปเปิดไฟกระตุ้นให้แมลงสาบเปลี่ยนทิศการหมุนของ Trackball มีการนำหุ่นยนต์ที่ควบคุมโดยแมลงสาบตัวนี้ไปทดลองภาคสนามด้วย ได้ผลการทดลองที่น่าสนใจยิ่ง

ไม่แน่นะครับ ต่อไปเราอาจมีพนักงานขับรถเป็นแมลงสาบ หรือใช้บริการของเขาในกรณีที่ต้องขับพาหนะในสภาพแวดล้อมที่เสี่ยงภัยสูง

—————————————————-
ข้อมูลจำเพาะของผู้เขียน

ดร. ชิต เหล่าวัฒนา จบปริญญาตรีวิศวกรรมศาสตร์ (เกียรตินิยม) จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี ไดัรับทุนมอนบูโช รัฐบาลญี่ปุ่นไปศึกษาและทำวิจัยด้านหุ่นยนต์ที่มหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น เข้าศึกษาต่อระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอน สหรัฐอเมริกา ด้วยทุนฟุลไบรท์ และจากบริษัท AT&T ได้รับประกาศนียบัตรด้านการจัดการเทคโนโลยีจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งมลรัฐแมสซาชูเซสต์ (เอ็มไอที) สหรัฐอเมริกา
ภายหลังจบการศึกษา ดร. ชิต ได้กลับมาเป็นอาจารย์สอนที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี และเป็นผู้ก่อตั้งสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม หรือที่คนทั่วไปรู้จักในนาม “ฟีโบ้ (FIBO)” เป็นหน่วยงานหนึ่งในมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี เพื่อทำงานวิจัยพื้นฐาน และประยุกต์ด้านเทคโนโลยีหุ่นยนต์ ตลอดจนให้คำปรึกษาหน่วยงานรัฐบาล เอกชน และบริษัทข้ามชาติ (Multi-national companies) ในประเทศไทยด้านการลงทุนทางเทคโนโลยี  การใช้งานเทคโนโลยีอัตโนมัติชั้นสูง และการจัดการเทคโนโลยีสารสนเทศอย่างมีประสิทธิภาพ