กล้ามเนื้อหุ่นยนต์

เมื่อมาพิจารณาอัตราส่วนดังกล่าว เราพบมีค่าสูงมากในสิ่งที่มีชีวิตบางชนิดเช่น ตั๊กแตน แมลงเหล่านี้สามารถกระโดดได้สูง นักวิทยาศาสตร์จึงตื่นเต้นมากเพราะยังไม่มีต้นกำลังใดที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้นมีพละกำลังต่อขนาดได้สูงเท่าแมลง ที่ผ่านมาเราต้องใช้มอเตอร์ตัวใหญ่ๆ ซึ่งมีน้ำหนักมากทำให้การเคลื่อนที่อืดอาด ไม่ปราดเปรียวเท่าที่เราต้องการ ดร. เมติน สิตติ แห่งมหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอน ได้ประดิษฐ์ “แมลงนักสเก็ต” ที่เราพบเห็นบนผิวน้ำนิ่งตามร่องสวนทั่วไป ตอนเด็กๆผมชอบไปช้อนหาปลากลัด เจอแมลงนี้ประจำแต่จำชื่อไม่ได้ พวกเขามีขายาวและอาศัยความตึงผิวน้ำทำให้ขาไม่จมน้ำไป เคลื่อนที่ซิกแซ็กเร็วมาก จับไม่ได้สักที ความรวดเร็วนี้กระตุ้นความสนใจของ ดร.สิตติ ในการคิดค้นอุปกรณ์กลไกหรือเครื่องจักรกลที่เคลื่อนที่เร็วอย่าง “แคล่วคล่อง” เขาตั้งใจสร้างหุ่นยนต์แมลงขึ้นมาให้มีสมรรถนะทั้งสามเรื่อง กำลังงานสูง ขนาดเล็ก และ ความรวดเร็ว เพื่อนที่เป็นนักอุตสาหกรรมเคยสอนผมว่าในทางธุรกิจการค้าเรามักได้เพียงสองในสามเสมอเช่นเรื่อง “เร็ว-ถูก-ดี” ของที่ทำได้เร็ว ราคาถูก มักไม่ค่อยดี ถ้าจะให้ดีมันก็ไม่ถูก หรือถ้าจะให้ถูกด้วยดีด้วยก็ต้องรอหน่อย เพราะเขาจะไปผลิตของที่ทำรายได้สูงกว่าก่อนครับ

หุ่นยนต์ของ ดร. สิตติ มีขนาดเพียง 7 เซนติเมตร มี 6 ขาเคลื่อนไหวเหมือนแมลงจริงๆ ทำจากโลหะเบาหนักเพียงประมาณครึ่งกรัม น้ำหนักเบาอย่างเดียวนั้นไม่พอที่จะทำให้แมลงประเภทนี้กลายเป็นผู้วิเศษ “เดินบนผิวน้ำ” ได้ แต่เขาต้องอาศัยขนเล็กๆที่ปลายเท้าปกป้องมิให้โมเลกุลของน้ำแตกตัวกันจนรักษาความตึงผิวไว้ได้ สำหรับหุ่นยนต์ที่สร้างขึ้นได้เลียนแบบปรากฏการณ์ดังกล่าวโดยการเคลือบสารละลายเทฟลอนที่ขาหุ่นยนต์ ที่ลำตัวและขามีการใช้ตัวขับเคลื่อน (Actuator) พิเศษทำมาจาก โลหะผสมเซรามิก พ่นบนเหล็กกล้าไร้สนิม ซึ่งจะหดยืดตามความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ใส่เข้าไป เมื่อเปลี่ยนความถี่ของสัญญาณป้อนทำให้ ดร.สิตติ สามารถควบคุมทิศทางการเคลื่อนและความเร็วของหุ่นยนต์ตัวนี้ ปัจจุบันได้ความเร็วอยู่ที่ 5 เซนติเมตรต่อวินาที แต่แมลงตัวจริงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงกว่าถึง 40 เท่า คือ 2 เมตรต่อวินาที

น้องๆ อาจเห็นหุ่นยนต์ตัวนี้เป็นของเล่นที่น่าสนุก ในขณะที่ทีมนักวิจัยได้ตั้งความหวังไว้สูงถึงขั้นสร้างหุ่นยนต์เหล่านี้ให้อยู่ตามแอ่งน้ำนิ่งทั่วไปตามธรรมชาติเพื่อคอยเป็นยามตรวจวัดคุณภาพน้ำที่นั้นๆ จนมนุษย์หาทางป้องกันก่อนที่จะสูญเสียแหล่งน้ำเหล่านั้นไป ผมเห็นว่างานวิจัยประเภทนี้เป็นเรื่องที่ท้าทายความคิดนักหุ่นยนต์ศาสตร์ในการเลียนแบบสิ่งที่มีชีวิตหรือขบวนการทางธรรมชาติ ซึ่งยังเป็นเรื่องที่ลี้ลับอยู่มาก เราจึงต้องอาศัยกรอบเหตุผลทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในการค้นหาความจริงเหล่านี้ คำตอบและองค์ความรู้ที่ได้จากกรอบวิธีคิดนี้สามารถสื่อสารและถ่ายทอดได้ตลอดไปจนกระทั่งมีความจริงใหม่เกิดขึ้นมาทดแทนทฤษฎีเก่า มิใช่บังเอิญ “ฟลุก” ทำได้ครั้งเดียว คนอื่นมาทำซ้ำเหมือนกันแต่กลับได้ผลลัพธ์ต่างกัน เช่นนี้แล้วเราไม่เรียกว่าวิทยาศาสตร์ครับ

สัปดาห์ที่แล้วผมได้นำทีมนักวิจัยจาก สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สวทช) ไปสร้างโครงการความร่วมมือทางเทคโนโลยีกับบริษัทเวสเทิร์น ดิจิตอล ยักษ์ใหญ่ระดับโลกแห่งวงการอุตสาหกรรมฮาร์ดดิสก์ที่มาประกอบกิจการอยู่ที่บางปะอิน อยุธยา จึงได้ทราบว่าตัวขับเคลื่อนใหม่ๆทำจาก Shape memory Alloy ทำงานคล้ายๆ กับ ตัวขับเคลื่อนหุ่นยนต์ของ ดร.สิตติ กำลังถูกพัฒนาขึ้นเพื่อใช้กำหนดการเคลื่อนที่ของหัวอ่าน-เขียนในฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ มีผลทำให้ขบวนการอ่าน-เขียนละเอียดยิ่งขึ้น เมื่อมีโอกาสผมจะให้รายละเอียดเพิ่มเติมครับ

มิใช่เพียงแค่ชิ้นงานในอุตสาหกรรมเท่านั้น “กล้ามเนื้อหุ่นยนต์” ประเภทใหม่ๆ เหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการแพทย์อีกด้วย นักวิจัยค้นพบการใช้ส่วนผสมของซิลิกอนและทองให้ทำหน้าที่ยืดหดตามสิ่งเร้าได้ หากมีการพัฒนาเต็มรูปแบบ เรื่องของอวัยวะเทียม เช่นลิ้นหัวใจ ก็จะทำงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงขึ้น

และเมื่อนำเรื่องกล้ามเนื้อหุ่นยนต์ไปสัมพันธ์กับสมองกลอัจฉริยะ จึงเกิด “ไซบอร์ก” ขึ้นมาตามนิยายวิทยาศาสตร์ที่เขียนไว้ก่อนหน้านี้ถึง 40 ปี ครับ
 

——————————————————————————————
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