หุ่นยนต์งู

หุ่นยนต์งู

ระยะต้นๆนั้นหุ่นยนต์และอุปกรณ์แมคาทรอนิกส์ ถูกมาใช้ในงานทางด้านอุตสาหกรรมหลากหลาย ประเภทเพื่อประโยชน์ในการลดต้นทุนการผลิตต่อหน่วยให้ต่ำที่สุดและเพิ่มคุณภาพของผลิตภัณฑ์ให้สูงขึ้น แต่ยังมีงานอีกหลายประเภทที่ต้องการใช้หุ่นยนต์แทนแรงงานมนุษย์ เนื่องจากลักษณะของงาน หรือบริเวณที่ต้องปฏิบัติงานนั้นมีความซับซ้อนยากแก่การปฏิบัติงานหรือมีความเสี่ยงภัยต่อมนุษย์ในระดับสูงจนมนุษย์ และหุ่นยนต์อุตสาหกรรมทั่วไปไม่สามารถทำงานได้

งานลักษณะดังกล่าวได้แก่ งานในการสำรวจต่างๆ เช่น งานสำรวจทางทะเล งานสำรวจอวกาศ งานกู้ภัย “ตึกถล่ม” เหตุการณ์เพลิงไหม้รุนแรง หรือแม้กระทั่งการใช้หุ่นยนต์ในโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ เป็นต้น งานประเภทนี้ต้องการหุ่นยนต์รุ่นพิเศษที่เลียนแบบการเคลื่อนที่ของสัตว์เลื้อยคลานแบบ S-Curve เช่น งู ศูนย์วิจัยหุ่นยนต์ทั่วโลกจึงได้เร่งศึกษาและสร้างต้นแบบหุ่นยนต์งู (Serpentine Robot) ขึ้นมา ผู้นำงานวิจัยด้านนี้คือศาสตราจารย์ ชิเกโอะ ฮิโรเซะ แห่งสถาบันเทคโนโลยีแห่งโตเกียว สำหรับประเทศไทยเรา สามหน่วยงานสำคัญที่สนับสนุนงานวิจัยคือ มูลนิธิโทเรเพื่อการส่งเสริมวิทยาศาสตร์ประเทศไทย สภาวิจัยแห่งชาติและสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติได้ให้การสนับสนุนงานวิจัยพื้นฐานเรื่องนี้แก่สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (ฟีโบ้) โดยมีคุณภาคภูมิ วิริยะเจริญสุนทร เป็นนักวิจัยของโครงการ

หุ่นยนต์งูมีลักษณะทางกลแบบ “มัลติจอยท์” จึงเหมาะสมกับการใช้งานในลักษณะดังกล่าว เนื่องจากมีจำนวนองศาอิสระ (degree of freedom) มากกว่าหุ่นยนต์อุตสาหกรรมทั่วไป บางครั้งถูกเรียกว่า Redundant robots โดยลำตัวหุ่นยนต์นี้ถูกออกแบบให้เป็นปล้องๆ แต่ละปล้องเชื่อมต่อกันด้วยข้อต่อ ซึ่งข้อต่อแต่ละข้อถูกออกแบบเป็นพิเศษ ให้ข้อต่อหนึ่งข้อมีสององศาอิสระ คือ สามารถเคลื่อนที่ ขึ้น – ลง และ ซ้าย – ขวา คุณสมบัติทางกลและรูปแบบเรขาคณิต หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่หลบหลีกสิ่งกีดขวางได้เป็นอย่างดี ในต่างประเทศมีการศึกษาเรื่อง Redundant robots กันมานานแล้ว ตัวอย่างของงานวิจัยที่เกี่ยวกับ Redundant robots นั้น ได้แก่ MELARM สร้างโดยห้องปฏิบัติการวิศวกรรมเครื่องกล ของกระทรวงการค้าและอุตสาหกรรมระหว่างประเทศ (MITI) ประเทศญี่ปุ่น MELARM เป็นหุ่นยนต์ที่มีสองแขน แต่ละแขนมีเจ็ดองศาอิสระ สร้างขึ้นเพื่อใช้ในการทดลองเกี่ยวกับเรื่อง การควบคุมแบบ master – slave หุ่นยนต์ Self Approach system สร้างโดย บริษัทโตชิบาที่ญี่ปุ่น เป็นหุ่นยนต์ที่มี 17 องศาอิสระ มีลักษณะคล้ายคลึงงูมากที่สุด สร้างขึ้นเพื่อใช้ในการตรวจสอบสภาพของโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ และ UJIBOT เป็นหุ่นยนต์ที่พัฒนาจากมหาวิทยาลัยเกียวโต เป็นแขนกลซึ่งมีเจ็ดองศาอิสระ ทำการทดลองเกี่ยวกับเรื่องการหลบหลีกสิ่งกีดขวาง

งานวิจัยหุ่นยนต์งูของฟีโบ้ใช้ประโยชน์จากทฤษฎี Active Cord Mechanism เพื่อคำนวณหาแรงลัพท์แนวสัมผัสกับลำตัวหุ่นยนต์ (Tangential Forces) จากการที่ด้านล่างเป็นล้ออิสระที่มิได้ต่อกับมอเตอร์ใดๆและการติดตั้งไม่ยอมให้เกิดการเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉาก (Radial Forces) หุ่นยนต์งูนี้จึงเคลื่อนที่ไปด้านหน้าหลังได้เท่านั้น เราได้ประยุกต์ใช้หลักการพลศาสตร์ของศาสตราจารย์โทมัส เคน แห่งมหาลัยสแตนฟอร์ด เพื่อหาโมเดลการเคลื่อนที่ทางคณิตศาสตร์และการใส่แรงกระตุ้น (Perturbing Bias) จนทำให้หุ่นยนต์สามารถเลื้อยเลี้ยวไปมาได้เช่นเดียวกันงูจริงๆ โปรดแวะเยี่ยมชมวิดีโอผลการทดลองจากเว็บไซต์ฟีโบ้ https://www.fibo.kmutt.ac.th ปัญญาประดิษฐ์และสมการศักยภาพ (Potential Function) ก็มีส่วนช่วยให้หุ่นยนต์สามารถหลบหลีกสิ่งกีดขวางได้ ทีมนักวิจัยฟีโบ้หวังว่าจะมีโอกาสพัฒนาให้หุ่นยนต์งูนี้ว่ายน้ำและดำน้ำได้เช่นเดียวกับงูของสถาบันเทคโนโลยีแห่งโตเกียวครับ

ผมมักจะได้รับคำถามเชิงแดกดันว่าทำงานวิจัยพื้นฐานเช่นหุ่นยนต์งูนี้ไปทำไมกัน? ประเทศไทยจะได้ประโยชน์ตรงไหนบ้าง? ผมได้ตอบไปทุกครั้งว่าโปรดอย่าเข้าใจผิดว่าที่ฟีโบ้นั้นสร้างหุ่นยนต์ เราสร้าง “คนที่คิดเป็น” ต่างหาก เราสร้างวิศวกรสายพันธ์ที่ “คิดเอง สร้างได้ และใช้ดี” ผมเชื่อว่าลูกศิษย์ที่สร้างโปรมแกรมคอมพิวเตอร์ควบคุมหุ่นยนต์ 12 องศาอิสระได้ ย่อมหลับตาเข้าใจโปรมแกรมควบคุมหุ่นยนต์อุตสาหกรรมทั่วไปที่มีเพียง 6 องศาอิสระได้อย่างง่ายดาย ศิษย์เหล่านี้จะเป็นกำลังสำคัญให้ประเทศไทย “ไม่โดนหลอกขาย” เทคโนโลยีที่แพงแต่ไม่เหมาะสมกับการใช้งานอย่างที่พวกเราพบเห็นอยู่มากมายในขณะนี้ ผมยังหวังว่าพวกเขาจะโตขึ้นเป็น “ผู้สร้างเทคโนโลยี” เพื่อปลดแอกจากการต้องจ่ายค่าสิทธิบัตรที่แฝงเข้ามาในผลิตภัณฑ์ในราคาค่อนข้างสูง ข้อมูลล่าสุดของปี พ.ศ. 2546 ประเทศไทยขาดดุลการชำระเงินทางด้านเทคโนโลยีถึง 115,222 ล้านบาท
       พอผมไปออกแบบสร้างหุ่นยนต์ราคาถูกให้กับอุตสาหกรรมไทยเนื่องจากหุ่นยนต์นำเข้าจากต่างประเทศแพงมาก เพื่อนๆผมที่มหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอนและเอ็มไอที ก็อีเมล์มาตำหนิผมอีกว่ากำลังถอยหลังเข้าคลอง เคยออกแบบหุ่นยนต์สำรวจดาวอังคารแล้วเหตุไฉน? มาสนใจเทคโนโลยีหุ่นยนต์อุตสาหกรรมพื้นๆ

ผมค้นพบจากการปฏิบัติว่าจะทำงานให้สำเร็จอย่างมีความสงบ ต้องมี สัมมาสติ สัมมาสมาธิ และไม่ควร “ส่งจิตออกนอก” ผ่านทาง ตา หู จมูก ลิ้น กาย อย่างที่พระอรหันต์องค์หนึ่งได้สั่งสอนไว้

และก็อย่าเผลอ “ส่งไปใน” เข้าไปแช่อยู่ที่ใจนิ่งๆ จนปัญญาเกิดไม่ได้

——————————————————————————————
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