หลักสูตรหุ่นยนต์

หลักสูตรหุ่นยนต์

 ปัจจุบันคุณพ่อคุณแม่มีความสนใจอย่างพิเศษต้องการให้บุตรหลานของท่านได้ศึกษาด้านหุ่นยนต์มาก ได้โทรศพท์มาปรึกษาผมว่าควรให้น้องๆเตรียมตัวอย่างไรบ้าง  แน่นอนครับ น้องๆต้องมีใจรักทางด้านนี้ก่อนเป็นอันดับแรก มิใช่อยากเรียนเพราะต้องการเอาใจคุณพ่อคุณแม่  ในสมัยผมสอบเข้ามหาวิทยาลัยเมื่อสามสิบปีก่อน มีเพื่อนๆหลายคนหัวดีมากสอบเข้ามาเรียนคณะวิศวกรรมศาสตร์และคณะแพทย์ศาสตร์ เป็นไปตามความต้องการของผู้ปกครอง ปรากฏว่าเรียนไม่รอดต้องออกไปเรียนสาขาอื่น และต่อมาก็ประสบความสำเร็จด้วยดี สมัยก่อน วิศวะ และ แพทย์ เป็นสาขาที่นิยมมากเราเรีบกว่า “สาขาแฟชั่น” ปัจจุบันคงไม่ใช่แล้ว ผมเดาว่าคงเป็นสาขา รัฐศาสตร์ นิติศาตร์ และบริหารธุรกิจเพราะสาขาเหล่านี้ปรากฎเป็นข่าวตามหน้าหนังสือพิมพ์ทุกวัน  เช่นกันน้องๆที่เป็นนักการเมื่อง นักธุรกิจ ก็ต้องมีใจรักและมีพรสวรรค์นะครับ

คนที่จะเอาดีทางด้านหุ่นยนต์หรือสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี้อื่นมักอยู่ในสิ่งแวดล้อมที่ได้ปฎิบัติงานแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นจริง  ต้อง “Hand on” มิใช่เป็นหนอนหนังสือท่องจำแต่ทฤษฎีแต่นำมาประยุกต์ไม่ได้  ที่สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (ฟีโบ้) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี ที่ผมทำงานอยู่นั้น เราเปิดรับน้องๆ ทุกระดับอยู่แล้ว ไม่จำกัด อายุ ระดับการศึกษา เมื่อมาใช้ชีวิตที่ฟีโบ้ผมให้อิสระเต็มที่ในการเรียนรู้ หากน้องๆเหล่านี้อยากร่วมทีมโครงการพัฒนาหุ่นยนต์ใดก็เดินเข้าหาไปคลุกคลีกับรุ่นพี่ๆได้เลยเพื่อเรียนรู้และสนุกสนานกับการมีส่วนร่วมแก้ไขปัญหา  หลายคนคงประหลาดใจอยู่บ้างเมื่อทราบว่างานอุตสาหกรรมยากๆ ที่ฟีโบ้ทำสำเร็จนั้นส่วนหนึ่งก็มาจากสมองน้อยๆด้วยเหมือนกัน ที่ฟีโบ้เราประตูเปิดทำงานตลอดเวลา 24 ชั่วโมง เจ็ดวันเจ็ดคืนครับ

ในทางวิชาการหุ่นยนต์ มีคำที่เกี่ยวข้องอยู่สามคำคือ เทคโนโลยีหุ่นยนต์ (Robot Technologies) ความสามารถของหุ่นยนต์ (Robotic Capabilities) และ ระบบหุ่นยนต์ (Robot System) ผมขอใช้คำสามนี้นำไปสู่หลักการขั้นแรกแยกแยะว่าอะไรที่ใช่และไม่ใช่หุ่นยนต์  เทคโนโลยีหุ่นยนต์ คือฐานวิชาที่เรานำมาสร้างหุ่นยนต์ การออกแบบกลไกการเคลื่อนที่เคลื่อนไหว ต้นกำลัง:มอเตอร์ไฟฟ้า นิวแมติกส์ ไฮโดรลิกส์ ไพโซอิเลกตริค เซลเชื้อเพลิง และ อื่นๆ  วงจรอิเลกทรอนิคส์เพื่อการควบคุม  เซนเซอร์  โปรแกรมคอมพิวเตอร์  เห็นได้ชัดว่าเป็นวิชาที่มีการเปิดสอนอยู่แล้วตามวิทยาลัย มหาวิทยาลัยโดยทั่วไป ดังนั้นประเทศไทยเรามีความรู้ด้านเทคโนโลยีนี้ดีพอสมควร ขึ้นอยู่ว่าสถานศึกษาต่างๆได้บูรณาการฐานวิชาดังกล่าวหรือไม่? อย่างไร?

ความสามารถหุ่นยนต์ คือสิ่งที่หุ่นยนต์ทำได้ นักอุตสาหกรรมรู้มานานแล้วว่า หุ่นยนต์อุตสาหกรรม ทำงานได้รวดเร็วถึง 15 เมตรต่อวินาที่ ความเร่งสามเท่าของแรงโน้มถ่วงโลก มีความละเอียดเล็กกว่าเส้นผมมนุษย์คือ 3/1000 นิ้ว หุ่นยนต์เหล่านี้มีบทบาทสูงในการเพิ่มความสามารถในการผลิต (Productivity) และการทำงานในสภาวะแวดล้อมที่อันตรายที่มีฝุ่นและหรือรังสีแกมมาที่เกิดจากเชื่อมประสานโลหะทำลายเนื้อเยื่อมนุษย์  ความสามารถหุ่นยนต์เพิ่มขึ้นได้จากผลลัพท์ของงาน “งานวิจัยและพัฒนา” โดยทิศทางปัจจุบันมุ่งสู่ความชาญฉลาดจนหุ่นยนต์ยุคใหม่ทำงานได้หลากหลายและซับซ้อนขึ้น และก้าวเดินออกมาจากโรงงานอุตสาหกรรมสู่ท้องถนนและบ้านเรือนที่เราอาศัยอยู่ เมื่อมาอาศัยร่วมกับมนุษย์หุ่นยนต์จึงต้องมีความสามารถสูงขึ้นทางด้านการรับรู้ (Perception)ข้อมูลที่หลากหลายปะปนทั้งรูป เสียง กลิ่น รส การสัมผัส การเข้าใจและตีความหมาย (Cognition) ข้อมูลที่รับเข้ามาทั้งรูปแบบพื้นๆเป็นตัวเลขและสัญลักษณ์ ถึงขั้นซับซ้อนแบบ Semantics เพื่อกำหนดท่าที่และการตอบสนองภายใต้กรอบของเหตุผล กลยุทธ์ กฎเกณฑ์ที่ยอมรับในภาคปฏิบัติ ในท้ายที่สุดการเคลื่อนที่/เคลื่อนไหว(Mobility and Manipulation)มีความแคล่วคล่องขึ้น เพราะหุ่นยนต์ไม่รู้สภาวะแวดล้อมล่วงหน้าเหมือนตอนที่เขาอยู่ในโรงงานอุตสาหกรรม ต้องหลบหลีกสิ่งกีดขวางได้โดยไม่ใช้วิถีชนกระแทกแล้วค่อยเปลี่ยนทิศทาง  หุ่นยนต์ดูดฝุ่นรุ่นล่าสุดมองเห็นสภาพผิว (Terrain) แล้วมาวางแผนการเคลื่อนที่แบบ “เนียน” ที่สุดไม่ให้ชนอะไรเลยครับ  คำที่สามที่สาธารณะชนไทยน่าจะเข้าใจความหมายอย่างดี คือ ระบบหุ่นยนต์  ทีผสมผสาน เทคโนโลยีหุ่นยนต์และผลลัพท์ งานวิจัยเพิ่มความสามารถเข้าด้วยกัน ผมต้องขอขอบคุณ อาซิโมจากค่ายฮอนด้า ที่ปักหลักอยู่บ้านเราเป็นเวลากว่าสามปีแล้ว เล่นกับน้องๆ ออกงานแสดงต่างๆ เด็กไทยปัจจุบันได้สัมผัสของจริง ไม่เหมื่อนกับตอนที่ผมเด็กๆ ใช้วิธีฝันและจินตนาการไปเอง

ความรู้ในสมองกลของหุ่นยนต์มีลักษณะอยู่สามประการ แบบจำลองกายภาพ (Physical Models) ที่โยงใยความสัมพันธ์แต่ละพารามิเตอร์ภายใต้กฎเกณฑ์ทางคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ ดังนั้นน้องที่เก่งสองวิชานี้ก็จะคุยกับเขารู้เรื่อง จนถึงช่วยทำให้หุ่นยนต์มีความรู้มากขึ้นด้วย โปรดสังเกตว่าอะไรที่เป็นตัวเลข (Quantitative) เขาจะคิดได้ละเอียดและเร็ว  นอกจากตัวเลขแล้วความรู้ประเภทสองที่หุ่นยนต์ความชำนาญคือการเรียนรู้สัญลักษณ์ (Symbolic Knowledge and Learning) เมื่อความรู้ประเภทนี้มีมากขึ้นการค้นหา (Searching) และคำนวณแบบผ่านแบบจำลองทางกายภาพจะลดลง

หุ่นยนต์ยังสามารถทำ simulation เพื่อสรุป (Induction/Inference)หาความรู้จากข้อมูลที่ได้รับเข้ามา และ วิ่งหาองค์ความรู้ใหม่จากความรู้เดิมที่มีอยู่ (Deduction) ประเภทหลังนี้พบมากในหุ่นยนต์ชาญฉลาดยุคใหม่

เพื่อให้เข้าใจเรื่องที่ผมกล่าวไว้ข้างต้นทั้งหมด ที่สถาบันหุ่นยนต์ภาคสนาม มจธ. จึงกำหนดให้นักศึกษาหลักสูตรหุ่นยนต์ต้องศึกษาวิชาดังต่อไปนี้  วิชาบังคับ:Fundamental Mathematics for Robotics, Dynamical System and Control for Robotics, Computer Programming for Robotics, Seminar
วิชาเลือกทางด้าน Perception :Image Processing, Robot Vision, Sensors and  Actuators, Metrology  Speech Processing and Synthesis, Human-
Computer Interaction วิชาเลือกทางด้าน Cognition: Intelligent System, Software Architecture for Robotics, Artificial Intelligence for Robotics Machine Learning วิชาเลือกทางด้าน Computation :Modeling and Design of Robot Manipulators, System Interface Design, Digital Signal Processing
,Wavelets Analysis, Optimization Methods วิชาเลือกทางด้าน Manipulation : Foundation of Robotics, Mechanics of Manipulation, Robot Dynamics and Control, Force Control of Robotic System, Learning and Repetitive Control, UAV System and Contro, Underwater Robotics Mobile Robotics, BioRobotics

หัวเรือใหญ่ของฟีโบ้ที่ดูแลหลักสูตรหุ่นยนต์คือ รศ.ดร. สยาม เจริญเสียง รายละเอียดเนื้อหาวิชาและผู้สอนสามารถดูได้จาก www.fibo.kmutt.ac.th ครับ

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