15 มีนาคม 2555

Bionic Insect - แมลงชีวกล (ตอนที่ 10)


ผมเขียนบทความเรื่องแมลงชีวกล ตอนแรก ในเดือนเมษายน ค.ศ. 2009 และผมก็ทยอยเล่าเกี่ยวกับเรื่องนี้มาเรื่อยๆ จากที่ได้ติดตามดูความคืบหน้ามาเป็นระยะเวลา 3 ปีนั้น ได้มีความก้าวหน้าในเรื่องนี้เพิ่มขึ้นเป็นอย่างมากครับ หลายมหาวิทยาลัยสามารถที่จะควบคุมการบินของแมลง โดยการฝังวงจรอิเล็กทรอนิกส์เข้าไปในสมองแมลงแล้ว รวมทั้งยังมีความก้าวหน้าในด้านต่างๆ ซึ่งผมจะนำมาเล่าเพิ่มเติมให้ฟังในวันนี้

โครงการวิจัยแมลงชีวกลนี้ เกิดจากแนวคิดของ DARPA (หน่วยงานให้ทุนวิจัยของเพนทากอน) ที่ต้องการจะนำแมลงมาใช้เป็นอุปกรณ์เพื่อการทหาร โดยการฝังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เข้าไปที่ตัวแมลง แล้วทำให้แมลงทำงานแบบที่สั่งได้ เป็นชีวิตกึ่งจักรกล DARPA ต้องการเอาแมลงชีวกลนี้ไปใช้เพื่อ

(1) การลาดตระเวณในเมือง เพื่อสืบราชการลับและเก็บข้อมูล โดยแมลงอาจติดตั้งกล้องขนาดจิ๋ว ไมโครโฟน แล้วส่งเข้าไปหาข่าว บันทึกภาพและการสนทนาของเป้าหมาย และเก็บข้อมูลสภาพแวดล้อมโดยสามารถเล็ดลอดเข้าไปในเคหสถานของเป้าหมายได้ง่าย

(2) แทรกซึมเข้าไปในฐานที่ตั้งของข้าศึก
โดยหน่วยรบพิเศษสามารถปล่อยฝูงแมลงชีวกลนี้เข้าไปในฐานที่มั่นของข้าศึก เพื่อสืบทราบตำแหน่งยุทโธปกรณ์หลัก การวางกำลังของข้าศึก และเก็บข้อมูลอื่นๆ

(3) ตามหาเป้าหมายที่ต้องการ
เช่น การหาตำแหน่งที่แน่นอนของพลซุ่มยิงฝ่ายศัตรู หาตำแหน่งของหัวหน้าผู้ก่อการร้าย หรือ เก็บภาพจุดที่จะเข้าจู่โจม โดยเฉพาะสงครามในสภาพที่เป็นเมือง

(4) ใช้บรรทุกสัมภาระซึ่งอาจเป็นอุปกรณ์ หรือ สารเคมี หรือ สารชีวภาพ เพื่อภารกิจบางอย่าง

(5) ใช้ไปเก็บตัวอย่างในพื้นที่เสี่ยง เช่น ตัวอย่างดิน ตัวอย่างน้ำ

โดยงานวิจัยด้านแมลงชีวกลนี้ เท่าที่ผู้อ่านได้สำรวจเปเปอร์ต่างๆ พบว่าไม่มีประเทศไหนในโลก นอกจากสหรัฐอเมริกาที่ทำวิจัยในเรื่องนี้ ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าเสียดาย เพราะอันที่จริง ความก้าวหน้าในการวิจัยเรื่องนี้ ไม่เพียงแต่จะทำให้ได้เทคโนโลยีแมลงกึ่งจักรกลแล้ว องค์ความรู้ที่ได้จากการศึกษาแมลงยังสามารถต่อยอดไปยังศาสตร์อื่นๆ ได้อีกหลายๆ ด้าน ไม่ว่าจะเป็นอากาศยาน หุ่นยนต์ศาสตร์ ประสาทวิทยา หรือแม้กระทั่งการรักษาโรคสมอง หลายคนคิดว่าแมลงเป็นสัตว์ที่กระจอก ดูง่ายไม่ซับซ้อน และคงคิดว่าถ้าเรารู้จักแมลงดีแล้ว คงจะต่อยอดสูงขึ้นไปเพื่อทำอะไรกับสัตว์ใหญ่ๆ แต่แท้จริงแล้ว แมลงมีความซับซ้อนไม่แพ้สัตว์ใหญ่เลย แถมแมลงหลายชนิดยังมีพฤติกรรมแบบฝูงที่ซับซ้อน และฉลาดอีกต่างหากด้วย

ความที่แมลงเป็นสัตว์เล็ก ทำให้การจะนำอุปกรณ์จิ๋วไปติดไว้กับแมลง ก็จะมีปัญหาเรื่องพลังงานที่จะใช้สำหรับอุปกรณ์นั้น เราต้องการเทคโนโลยีแบตเตอรีขนาดจิ๋ว ที่มีความจุสูงแต่น้ำหนักเบา นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยเคส เวสเทอร์น รีเสริฟ (Case Western Reserve University) ได้ศึกษาวิธีการนำพลังงานในตัวแมลงมาใช้ เพราะเมื่อแมลงกินอาหารเข้าไป มันก็จะย่อยให้ได้น้ำตาล ซึ่งเป็นสารให้พลังงานในการดำรงชีพของมัน ดังนั้นการนำเอาสารพลังงานของมันมาใช้จึงนับเป็นแนวคิดที่ฉลาดมากๆ ครับ จากผลงานวิจัยที่เปิดเผยในวารสาร Journal of the American Chemical Society (รายละเอียดเต็มเพื่อการอ้างอิงคือ Michelle Rasmussen, Roy E. Ritzmann, Irene Lee, Alan J. Pollack and Daniel Scherson, "An Implantable Biofuel Cell for a Live Insect", Journal of the American Chemical Society 2012, 134(3), pp 1458-1460) นักวิจัยได้ทำการสอดขั้วไฟฟ้าเข้าไปตัวของแมลงสาบ ซึ่งสามารถวัดกระแสไฟฟ้าที่ไหลออกมาได้ประมาณ 60 ไมโครแอมป์ต่อตารางเซ็นติเมตร โดยมีความต่างศักย์ 0.2 โวลต์ กระแสปริมาณนี้ถึงแม้จะไม่มาก แต่ก็เพียงพอสำหรับการป้อนให้แก่อุปกรณ์ขนาดจิ๋ว ซึ่งอาจพัฒนาขึ้นได้ในอนาคต โดยอาจจะประจุกระแสไฟฟ้าดังกล่าวเข้าเก็บไว้ในแบตเตอรีขนาดจิ๋วตลอดเวลา แล้วค่อยนำออกมาใช้ในเวลาที่ต้องการ ซึ่งการเสียบขั้วไฟฟ้าเพื่อไปดักจับอิเล็กตรอนจากตัวของแมลงสาบเพื่อนำออกมาใช้นี้ แมลงสาบก็ไม่ได้เจ็บและรำคาญแต่อย่างใดครับ เพราะระบบไหลเวียนเลือดของมันนั้น ไม่เหมือนกับมนุษย์เรา มันไม่ได้เป็นเส้นเลือดแบบของเรา แต่เป็นช่องเปิดที่มีของเหลวไหลผ่านได้ง่าย

เล่าต่อในตอนหน้านะครับ ....

2 ความคิดเห็น:

  1. ไม่ระบุชื่อ9 กรกฎาคม 2555 23:24

    ขอบคุณมากค่ะ สำหรับบทความดีๆ
    ดิฉันเห็นด้วยเป็นอย่างมากที่ว่าการศึกษาเกี่ยวกับระบบทางชีวภาพของแมลงสามารถแตกยอดไปสู่ความรู้ความเข้าใจที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ในสาขาอื่นๆได้อย่างหลากหลาย และระบบสมองของแมลงก็มีความซับซ้อน และมีโครงสร้างบางส่วนที่คล้ายคลึงกับระบบในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
    เกี่ยวกับงานวิจัยทางด้านแมลงชีวกล ดิฉันกลับเห็นว่า การที่จะพัฒนางานวิจัยทางด้านนี้จำเป็นต้องประยุกต์ใช้ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับการทำงานของระบบประสาทและกล้ามเนื้อของแมลงซึ่งได้รับการพัฒนามาเป็นเวลาหลายสิบปีแล้วในงานวิจัยทางด้านระบบประสาท(neuroscience) และอันที่จิงความรู้ทางด้านระบบประสาทที่ควมคุมการเคลื่อนไหว(กล้ามเนื้อในการกระพือปีกในที่นี้)ค่อนข้างได้รับการพัฒนาไปพอสมควร การที่งานวิจัยทางสายนี้จะนำไปสู่ความรู้ความเข้าใจต่อยอดทางด้านวิทยาศาสตร์ (pure science) หรือไม่นั้นยังเป็นที่น่าเคลือบแคลงใจ ดูจากแบบแผนงานวิจัยน่าจะออกไปทางการประยุกต์ใช้งานมากกว่าวิทยาศาสตร์ค่ะ นอกจากนี้การนำแมลงชีวกลที่มีอายุขัยจำกัดมาใช้งานนั้น เมื่อเทียบกับการใช้หุ่นยนต์แล้ว จะถือว่าเป็นแนวทางที่ดีกว่าจริงเหรอ? (สำหรับแมลงชีวกล การติดตั้งระบบอิเล็กทรอนิกส์นั้นค่อนข้างซับซ้อนพอควร)

    ตอบลบ
  2. ขอบพระคุณมากมายเลยครับสำหรับ comments ดีๆ นะครับ เห็นด้วยอย่างมากเกี่ยวกับประเ็็ด็นเรื่องอายุขัยของแมลงที่ค่อนข้างสั้นครับ นอกจากนั้นยังมีเรื่องอื่นๆ ที่วิศวกรต้องแก้ปัญหาเช่น แมลงค่อนข้างไวกับอากาศเย็น โดยส่วนตัว ผมคิดว่าศาสตร์ทางด้านนี้จะพัีฒนาต่อไป เพราะเงินทุนจาก DARPA ค่อนข้างเต็มเม็ดเต็มหน่วยจริงๆ ครับ

    ตอบลบ