หุ่นยนต์และระบบการผลิตอัตโนมัติ

หุ่นยนต์และระบบการผลิตอัตโนมัติ

 ทีมร่างแผนยุทธศาสตร์หุ่นยนต์ของไทย นำโดย ดร. สยาม เจริญเสียง จาก สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี ได้ประชุมระดมสมอง พบว่าความหมายของหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติได้เปลี่ยนแปลงเพิ่มไปจากเดิมพอสมควร ผมคิดว่าน่าจะมีประโยชน์ต่อผู้ที่คิดจะศึกษาและใช้งานเทคโนโลยีดังกล่าว ผมจึงขอถ่ายทอดรายละเอียดดังนี้ครับ หุ่นยนต์ หมายถึงเครื่องจักรกลที่สามารถทำงานแทนมนุษย์ ถูกออกแบบให้สามารถตั้งลำดับการทำงาน และ/หรือ สอดคล้องกับสภาพแวดล้อม เพื่อทำงานได้หลากหลายหน้าที่อย่างมีประสิทธิภาพ ทั้งนี้รวมถึงงานที่ต้องการความสามารถ “คิดด้วยเหตุผล” ในการตอบสนองสถานการณ์ต่างๆอย่างชาญฉลาด ในกรณีที่โครงสร้างทางกลของหุ่นยนต์เลียนแบบมนุษย์ เราเรียกว่า “ฮิวแมนนอยด์” เมื่อบูรณาการทำงานร่วมกับเนื้อเยื่อและระบบสั่งการของสมองมนุษย์แล้ว หุ่นยนต์นั้นคือ “แอนดรอยด์”

อันที่จริงแล้วการทำงานของหุ่นยนต์นั้นเกิดจากกระบวนการคิดแบบมีเหตุมีผลของมนุษย์นั่นเอง วิทยาการหุ่นยนต์ปัจจุบันครอบคลุมการทำงานของฟังก์ชั่นสำคัญของหุ่นยนต์ 3ส่วนคือ ส่วนการรับรู้ข้อมูล (Perception)จากสิ่งแวดล้อม แล้วส่งข้อมูลที่ได้รับมาไปที่ ส่วนการคิดและตีความหมาย (Cognition) หลังจากประมวลผลแล้วก็จะสั่งการไปที่ส่วนการเคลื่อนที่/ เคลื่อนไหว (Mobility/Movement) ให้หุ่นยนต์นั้นสามารถทำงานในสิ่งแวดล้อมได้อย่างถูกต้องและมีสมรรถนะสูง โปรดสังเกตว่าวงจรการทำงานของหุ่นยนต์มาบรรจบที่สิ่งแวดล้อมที่ๆเขาปฏิสัมพันธ์กับสิ่งต่างๆ รวมทั้งมนุษย์ด้วย

อุปกรณ์ตรวจวัดในส่วนการรับรู้ข้อมูล ใช้หาค่า อุณหภูมิ ความดัน ความชื้น และอื่นๆ ตลอดจนตำแหน่งและมุมการเคลื่อนที่และการเคลื่อนไหวของเขาและสิ่งกีดขวาง มีหลายประเภทใช้ได้ทั้งระยะสั้นและระยะไกล เช่น ระบบจีพีเอส Laser Range Finder, อินฟาเรด, Inertial sensor หรือจนกระทั่งมีการใช้ ระบบกล้อง Stereo Vision ที่เลียนแบบการมองเห็นของสองตามนุษย์

ระดับความคิดและการตีความหมายของหุ่นยนต์ต่ำที่สุด คือการนำค่าต่างที่ตรวจวัดได้ไปคำนวณเชิงสัมพัทธ์กับเวลาเพื่อสร้างสัญญาณไปที่ตัวขับ เช่นมอเตอร์ไฟฟ้า เมื่อนำคอมพิวเตอร์มาช่วยประมวลผลตามโปรแกรมที่เขียนไว้ หุ่นยนต์จึงทำงานได้รวดเร็วและละเอียด สมรรถนะมีความเพี้ยน (Error) น้อยลง เนื่องจากมีการควบคุมป้อนกลับของสัญญาณ (Feedback Control) ทั้งจากข้อต่างๆของหุ่นยนต์และจากสิ่งแวดล้อม หุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลายในขณะนี้ มีระดับความคิดเพียงเท่านี้เอง การควบคุมหุ่นยนต์ประเภทนี้จึงต้องอาศัยความสามารถของมนุษย์เข้าช่วยตัดสินใจในบางกรณีที่อยู่นอกเหนือไปจากสิ่งที่เราโปรแกรมไว้ เราเรียกการควบคุมแบบนี้ว่า Supervisory Mode. ซึ่งถือว่ามีความเหมาะสมกับงานประยุกต์ในอุตสาหกรรมเพราะเป็นการผสมผสานของสมรรถนะหุ่นยนต์ด้านความละเอียดและความเร็วกับความรอบรู้ของมนุษย์ผู้ควบคุมหุ่นยนต์นั่นเอง นอกจากนี้สิ่งแวดล้อมในสายการผลิตเรารู้อะไรอยู่ตรงไหนบ้าง (Structured Environment) และสามารกนำตัวจับยึด (Fixtures) มาช่วยลดความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งทำให้กระบวนการผลิตแม่นยำขึ้น อย่างไรก็ตามเมื่อเปรียบเทียบกับหุ่นยนต์เก็บระเบิดหรือหุ่นยนต์ที่ใช้ในโรงงานนิวเคลียร์ยุคต้น (Tele-Operators) ที่มนุษย์ต้องใช้ความพยายามในการบังคับหุ่นยนต์อย่างมาก ระบบควบคุมหุ่นยนต์อุตสาหกรรมมีความซับซ้อนกว่ามาก

ในกรณีที่หุ่นยนต์ต้องทำงานโดยที่ไม่รู้ข้อมูลล่วงหน้ามากนักเกี่ยวกับสิ่งแวด ล้อม เช่น Dante II ที่ทีมนักวิจัยของมหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอนสร้างขึ้นเพื่อสำรวจขั้วโลกใต้ ระดับความคิดและการประมวลผลต้องฉลาดพอให้หุ่นยนต์ทำงานหรือเอาตัวรอดในสถานการณ์ที่คาดไม่ถึง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหุ่นยนต์ที่องค์การนาซ่าส่งขึ้นไปสำรวจดวงจันทร์ ดาวอังคาร นั้นไม่รู้เลยว่าจะเจออะไรบ้าง อีกทั้งระยะทางระหว่างดวงดาวที่หุ่นยนต์กำลังปฏิบัติการอยู่กับศูนย์บังคับการที่ฮุสตัน เท็กซัสบนโลกมนุษย์นั้นอยู่ห่างกันมาก การสื่อสารในลักษณะของ Supervisory Mode จึงไม่เหมาะสม ดังนั้นสัญญาณภาพของหุ่นยนต์ที่ส่งกลับมาเพื่อรายงานสถานการณ์ว่าเขากำลังยืนอยู่หน้าหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่เดินหน้าต่อไม่ได้และขอความเห็นว่าจะให้ทำอย่างไรต่อไปดี ความเป็นจริง คือหุ่นยนต์อาจตกลงไปนอนแอ้งแม้งที่ก้นหลุมแล้วก็ได้ ดังนั้นหุ่นยนต์ประเภทนี้(Autonomous Robots)จึงต้องตัดสินใจได้เอง เราได้ผนวกปัญญาประดิษฐ์(Artificial Intelligence)เข้าไป เพื่อให้หุ่นยนต์เข้าใจข้อมูลทางสัญลักษณ์หรือภาพทางเรขาคณิตที่เห็นจนสามารถพลิแพลงทางเลือกต่างๆได้

ตรรกะความคิดหุ่นยนต์ขั้นสูงสุดในปัจจุบันคือการเข้าใจท่วงทำนองการพูดของภาษามนุษย์ (Semantics) แยกแยะได้ระหว่างประโยด “พ่อขี่ควาย-แม่หาบหญ้า” กับ “พ่อขี่ควายแม่-หาบหญ้า” โดยเข้าใจได้ทันที่ว่าในประโยคหลังนั้นมีเพียงคุณพ่อคนเดียวขี่ควายตัวแม่และหาบหญ้าไปด้วย หุ่นยนต์รุ่นนี้จึงสามารถปฏิสัมพันธ์กับมนุษย์ได้เป็นอย่างดี

——————————————————————————————
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