เรืออัตโนมัติ:ควบคุมการเคลื่อนที่ด้วย GPS สำหรับงานทางด้านสิ่งแวดล้อม

เรืออัตโนมัติ
ควบคุมการเคลื่อนที่ด้วย GPS สำหรับงานทางด้านสิ่งแวดล้อม

วันนี้ผมได้พบกับนักวิจัยทางด้านหุ่นยนต์สามท่านคือ ดร. ปาษาณ กุลวานิช ผู้ซึ่งบุกเบิก Rocup Humanoid Contest ให้กับประเทศไทยขณะศึกษาระดับปริญญาเอกที่ฟีโบ้ ปัจจุบันทำงานอยู่ที่ กรมวิทยาศาสตร์บริการ และ ดร. ปรัชญา เปรมปราณีรัชต์ จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญญบุรี และเป็น Visiting Researcher ที่ M.I.T นักวิจัยเหล่านี้ได้รวมตัวกันเพื่อออกแบบสร้าง เรืออัตโนมัติ ควบคุมการเคลื่อนที่ด้วย GPS สำหรับงานตรวจสอบสภาวะสิ่งแวดล้อมใต้พื้นผิวของแม่น้ำและลำคลองทั่วไป เรืออัตโนมัตินี้มีลักษณะคล้ายกับ “หุ่นยนต์ดำน้ำ” :Remotely Operated Underwater Robotic Vehicles ที่นักวิจัยอเมริกันออกแบบขึ้นมาเพื่อใช้ในการสำรวจใต้ท้องทะเลมหาสมุทรอันกว้างใหญ่ไพศาลกว่าผืนแผ่นดิน อุดมสิ่งมีชีวิตต่างๆที่มนุษย์เรายังมิได้พบเห็นเลย ตลอดจนแร่ธาตุและก๊าซธรรมชาติยังมีอยู่มากมาย

หุ่นยนต์ดำน้ำประเภทนี้ใช้การควบคุมระยะไกล (Teleoperation) เป็นหุ่นยนต์ที่มีความชาญฉลาดต่ำสุดเพราะต้องอาศัยการตัดสินใจของมนุษย์เป็นหลัก ทั้งนี้ถือเป็นเรื่องที่จำเป็นเพราะการสำรวจใต้ทะเล ส่วนใหญ่เราไม่ทราบว่าต้องเผชิญกับอะไรบ้าง? จะปล่อยให้หุ่นยนต์กระทำอะไรลงไปโดยพละการไม่ได้ อย่างไรก็ตามในระยะหลังนักวิจัยได้ใส่ความสามารถในการคำนวณทำให้หุ่นยนต์สามารถว่ายหลบหลีกสิ่งกีดขวางได้บ้าง โดยติดตั้งระบบการรับรู้ (Perception) เช่น Video Camera, Sonar, Inertial sensor, Magnetometer และ GPS แต่เรายังใจไม่ถึงพอไม่กล้าปล่อยให้เขาว่ายไปตามลำพังหรอกครับ จึงต้องมีสายควบคุม (Tether) เชื่อมต่อสัณญาณระหว่างหุ่นยนต์กับศูนย์บังคับการบนเรือที่ลอยอยู่บนผิวน้ำ ทั้งนี้เนื่องจากระบบสัณญาณไร้สายยังทำงานผ่านน้ำได้ไม่ดีนัก สายดังกล่าวยังรวมเอาสายไฟฟ้าส่ง กำลัง หุ่นยนต์ดำน้ำถือกำเนิดขึ้นเช่นเดียวกับเทคโนโลยีอื่นๆ คือมาจากวงการทหารตั้งแต่ ปี 1960 จนพัฒนาเรื่อยมาสู่อุตสาหกกรรมการสำรวจน้ำมันใต้ทะเล หุ่นยนต์ดำน้ำในปัจจุบันมีระยะทำงานลึกถึง 3,000 เมตร นอกจากเรื่องสำรวจแล้ว หุ่นยนต์เหล่านี้ยังมีหน้าที่ดูแลและบำรุงรักษา (O&M: Operation and Maintenance) ระบบท่อส่งแก๊ส-น้ำมันใต้ทะเลอีกด้วยครับ

โครงการวิจัยและพัฒนา “เรืออัตโนมัติ” นี้มุ่งเน้นงานวิจัยเรื่องระบบควบคุมการเคลื่อนที่แบบ Podded Propulsion สำหรับใช้ในเรือขนาดเล็ก ระบบดังกล่าวเป็นระบบหุ่นยนต์ภาคสนามที่ต้องปฏิบัติการภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยต่อการปฏิบัติหน้าที่โดยมนุษย์โดยต้องคงความแม่นยำ เที่ยงตรงและทนทานต่อการใช้งานและสภาพแวดล้อม งานวิจัยนี้ยังมุ่งเน้นการพัฒนาระบบเรืออัตโนมัติให้เหมาะสมและสามารถใช้งานได้จริงตอบสนองต่อความต้องการใช้งานทางด้านสิ่งแวดล้อมซึ่งมุ่งเน้นการจัดการทรัพยากรน้ำ เรืออัตโนมัติสามารถเคลื่อนที่ไปตามจุดที่กำหนดโดยใช้คนบังคับจากระยะไกลผ่านคลื่นวิทยุแบบ 2.4 GHz หรือสามารถเคลื่อนที่แบบอัตโนมัติโดยใช้อุปกรณ์ GPS และ Inertial Measurement Unit ควบคู่กันในการนำร่อง โดยที่ผู้ใช้กำหนดจุดที่ต้องการให้เรือผ่านหรือแวะได้ล่วงหน้าจากนั้นระบบปัญญาประดิษฐ์ของเรือและระบบเซนเซอร์สำหรับการเคลื่อนที่จะบังคับให้เรือแวะผ่านจุดหมายที่กำหนดทุกจุดได้อย่างแม่นยำ อนึ่งระบบ GPS เมื่อใช้ในแบบ Real-time Kinematic (RTK) ผ่านระบบเครือข่าย Virtual Reference Station (VRS) ของกรมที่ดินจะมีความคลาดเคลื่อน ไม่เกิน +/- 10 เซ็นติเมตร เรืออัตโนมัติจะใช้โครงสร้างแบบเรือคายัคพร้อมระบบขับเคลื่อนแบบ Podded Propulsion ซึ่งเป็นระบบขับเคลื่อนที่รวมมอเตอร์ส่วนขับดัน (Thruster) และมอเตอร์บังคับทิศทางไว้เป็นชุดเดียวกันส่งผลให้เรือมีความคล่องตัวในการเคลื่อนที่สูงเช่นสามารถบังคับรัศมีการเลี้ยวได้ในวงแคบหรือเท่ากับศูนย์ เรือสามารถทำความเร็วสูงสุดได้ประมาณ 3 เมตรต่อวินาทีและปล่อยเสียงดังรบกวนจากมอเตอร์น้อยมาก เรือมีระวางบรรทุกน้อยกว่าหรือเท่ากับ 90 กิโลกรัมสามารถติดตั้งระบบตรวจวัดสำหรับงานทางด้านสิ่งแวดล้อมได้เช่นเครื่องวัดระดับความลึกใต้น้ำ (Echo Sounder) หัววัดคุณภาพน้ำ ระบบเก็บตัวอย่างน้ำอัตโนมัติ

ภาระกิจที่กำหนดไว้สำหรับเรืออัตโนมัติแบ่งได้เป็นสามภาระกิจหลักคือ

• ภาระกิจที่ 1 เก็บตัวอย่างน้ำที่ระดับความลึกต่างๆกันเพื่อนำมาให้ห้องปฏิบัติการทางสิ่งแวดล้อมของกรมวิทยาศาสตร์บริการวิเคราะห์หาพารามิเตอร์ต่างๆที่มีผลต่อคุณภาพน้ำโดยใช้อุปกรณ์เก็บตัวอย่างน้ำอัตโนมัติ
• ภาระกิจที่ 2 ปฏิบัติการสำรวจความลึก ณ จุดต่างๆในอ่างเก็บน้ำด้วยอุปกรณ์ Echo Sounder เพื่อประโยชน์ในการสร้างแบบจำลองอ่างเก็บน้ำเพื่อการคำนวณหาปริมาตรที่ถูกต้องแม่นยำ
• ภาระกิจที่ 3 เฝ้าระวังคุณภาพน้ำแบบ ณ เวลาจริงโดยใช้อุปกรณ์ตรวจวัดคุณภาพน้ำแบบ ณ จุด พร้อมระบบรับส่งข้อมูลระยะไกลผ่านเครือข่ายสื่อสารแบบ GPRS/GSM

โครงการนี้เป็นความร่วมมือระหว่าง กรมวิทยาศาสตร์บริการ, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญญบุรี, สถาบันสารสนเทศทรัพยากรน้ำและการเกษตร (องค์การมหาชน) และ ฟีโบ้ ครับ

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