หุ่นยนต์และมนุษย์จะลงแข่งฟุตบอลกันใน ปี 2050 ตอนที่ 1

วารสาร Robotics and Autonomous Systems มีกำหนดการออก Special Issue: Humanoid Soccer Robot.  ทางกองบรรณาธิการขอให้ผมตรวจทานและให้ความเห็นบทความวิจัยหนึ่งที่น่าสนใจมาก บทความฉบับนี้กล่าวถึงวิธีการต่างๆที่จะทำให้หุ่นยนต์สามารถเล่นฟุตบอลกับมนุษย์ตามที่ทาง Robocup Federation ประกาศไว้ว่าภายในปี 2050 จะมีการแข่งขันฟุตบอลระหว่างทีมหุ่นยนต์กับทีมแชมป์โลก  ผมหวังว่าคณะกรรมการฟีฟ่าต้องออกกฏเกณฑ์ให้เข้มงวดกว่า Worldcup ครับ  หลังจากอ่านบทความนี้แล้วผมจึงมั่นใจว่าก่อนปี 2050 เราคงมีเทคโนโลยีที่ทำให้มนุษย์และหุ่นยนต์เล่นบอล์กันได้ด้วยดีนักวิจัยได้เสนอวิธีการปฎิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์และหุ่นยนต์ (physical human-robot interaction) เพื่อให้หุ่นยนต์และมนุษย์สามารถเล่นฟุตบอลด้วยกันได้อย่างปลอดภัยแม้จำเป็นต้องมีการปะทะ (Impact)ในเกมส์ก็ตาม แนวความคิด “คนไม่เจ็บและหุ่นยนต์ไม่พัง” นี้ ฟังดูง่ายแต่ทำจริงค่อนข้างยากเพราะแข้งเราคงทนทานสู้แข้งโลหะของหุ่นยนต์ไม่ได้  ทางออกทางหนึ่งคือการใช้ข้อต่อที่ยืดหยุ่นได้ (elastic joint) เป็นต้นกำลังขับ (actuator) แม้ว่าระบบการขับเคลื่อนที่ใช้ข้อต่อยืดหยุ่นดังกล่าวสามารถรองรับการ Impact ได้ดีขึ้น ในแง่ของการควบคุมเรายังจำเป็นต้องควบคุมแรงอันเกิดจากการสัมผัสและปะทะกันระหว่างหุ่นยนต์และมนุษย์หรือระหว่างหุ่นยนต์กับสิ่งแวดล้อมภายนอก ระบบควบคุมแบบ Impedance Control ที่เราประยุกต์ใช้ในหุ่นยนต์อุตสาหกรรมงานประกอบละเอียด ปัญหาวิจัยที่ต้องค้นหาคือเราควรปรับค่า Impedance อย่างไรให้เหมาะสมกับลักษณะการสัมผัสดังกล่าว นักวิจัยกลุ่มนี้จึงได้ออกแบบขาหุ่นยนต์ข้อต่อยืดหยุ่นที่มีโปรแกรมควบคุมค่า Impedance อย่าง Real Time.  มีโปรแกรมอย่างเดียวไม่พอเราต้องศึกษาลักษณะของการปะทะด้วย อาทิเช่น การปะทะจนเกิดการล้มเช่นการสไลด์หรือมีการขัดขากันเกิดขึ้นซึ่ง  ถ้าผู้เล่นมีความเร็วในการวิ่งมากเท่าใดก็จะทำให้มีโอกาสเกิดการบาดเจ็บรุนแรงได้ง่ายขึ้น และถ้าเป็นหุ่นยนต์จะเกิดการเสียหายขึ้น เพื่อช่วยลดความเสียหายที่เกิดขึ้นนี้หุ่นยนต์จะต้องมี Soft covering

หากเกิดการปะทะกันขึ้นเนื่องจาก ผู้เล่นทั้งสองฝ่ายวิ่งมาชนกันในขณะที่แต่ละฝ่ายวิ่งเข้าหาบอล หรือ กระโดดขึ้นเพื่อที่จะเล่นบอลกลางอากาศ น้ำหนักของหุ่นยนต์มีส่วนสำคัญที่ทำให้หุ่นยนต์หรือคนที่เข้ามาปะทะด้วยเกิดการบาดเจ็บหรือเสียหายเกิดขึ้น ดังนั้นน้ำหนักของหุ่นยนต์จะต้องมีขนาดใกล้เคียงกับผู้เล่นที่เป็นมนุษย์ด้วย ซึ่งน้ำหนักเฉลี่ยที่ของนักฟุตบอลอยู่ที่ 75.91+/-6.38 กิโลกรัม นอกจากนั้นพื้นผิวของตัวหุ่นยนต์จะต้องไม่มีลักษณะที่คมหรือมีการปกปิดตามมุมไว้เพื่อป้องกันการบาดเจ็บ  ผมชมการถ่ายทอดการแข่งขัน Worldcup ครับ ทีพบเห็นประจำคือเกิดแขนและขาชนกับลำตัวของผู้เล่นอีกฝั่งหนึ่ง เช่น ข้อศอกกระแทกเข้าที่หน้าคู่ต่อสู้ หรือขาหรือเท้าของผู้เล่นทั้งสองชนกัน ซึ่งในกรณีที่เกิดข้อศอกกระแทกนั้น สามารถลดการบาดเจ็บได้โดยใช้วัสดุครอบที่ศอกของหุ่นยนต์เพื่อลดการบาดเจ็บ หรือในกรณีขาชนกัน หรือขาชนกับศีรษะนั้น สามารถทำได้โดยจำกัดความเร็วในการเตะของหุ่นยนต์หรือตรวจสอบว่ามีส่วนหนึ่งส่วนใดของมนุษย์อยู่ใกล้ๆหรือไม่?  จากสถิติการบาดเจ็บที่ศีรษะของผู้เล่นนั้น 41% มาจากข้อศอก แขน หรือมือของผู้เล่นฝ่ายตรงข้าม ในส่วนนี้จะทำการวิเคราะห์ว่าทำไมอันตรายจากข้อศอกถึงทำให้เกิดอันตรายที่ร้ายแรงได้ โดยทำการ model ระบบระหว่างข้อศอกและศีรษะมนุษย์ โดยเลือกน้ำหนักของ ศีรษะที่ 4 กิโลกรัม และมี stiffness ประมาณ 105 นิวตัน/เมตร ซึ่ง model นี้ทำให้เกิดแรงที่ปะทะประมาณ 660 นิวตัน ดังนั้นถ้ามีการเกิดการปะทะด้วยศอกเกิดขึ้นจึงทำให้เกิดการบาดเจ็บได้ง่าย ซึ่งในกรณีของหุ่นยนต์นั้นสามารถลดแรงปะทะได้ด้วยการทำ collision detection เพื่อลดแรง impact ที่เกิดขึ้น ซึ่งจากการทำ Simulation พบว่าสามารถลดแรงกระแทกเหลือเพียง 150 นิวตัน เท่านั้น

การถูกลูกบอลพุ่งชนนั้นเป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่สามารถทำให้เกิดการบาดเจ็บขึ้นได้โดยเฉพาะถูกชนที่ศีรษะ ซึ่งทางผู้วิจัยได้ทำการทดลองหาค่าความเร็วของบอลที่พุ่งชนและเปรียบเทียบกับเกณฑ์ที่ทำให้เกิดการบาดเจ็บที่ศีรษะนั้น พบว่าความเร็วของลูกฟุตบอลที่เกิดขึ้นจากเตะของมนุษย์นั้นไม่เป็นอันตรายถึงขั้นบาดเจ็บรุนแรงขึ้นแต่ถ้าเพิ่มความเร็วในการเตะเพิ่มขึ้นอีก 50 % จะทำให้เกิดอันตรายขึ้นได้ดังนั้นในการกำหนดความเร็วในการเตะของหุ่นยนต์จะต้องถูกควบคุมไว้ไม่ให้แรงเกินไป

(โปรดอ่านตอนที่ 2 ในฉบับหน้าครับ)

ท่านผู้อ่านสามารถส่งข้อคิดเห็น/เสนอแนะมาที่ผู้เขียนที่ djitt@fibo.kmutt.ac.th

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