Body Electronics - อิเล็กทรอนิกส์บนผิวกายมนุษย์ (ตอนที่ 6)

(Picture from http://engtechmag.wordpress.com/2011/08/24/electronic-skin-to-monitor-heart-rate-an-annotated-graphic/)

นับตั้งแต่มีการค้นพบอิเล็กตรอนในปี ค.ศ. 1897 โดย เจ เจ ทอมป์สัน  มนุษย์เราก็แสวงหาวิธีการนำเอาอิเล็กตรอนมาใช้ประโยชน์ ซึ่งการใช้ประโยชน์อยู่ใน 2 รูปแบบใหญ่ๆ คือ ไฟฟ้า และ อิเล็กทรอนิกส์ เราใช้ไฟฟ้าในแง่ของพลังงานไฟฟ้า ที่หล่อเลี้ยงสังคมเมืองในเกือบทุกๆ อย่าง ออฟฟิศ บ้าน ห้างสรรพสินค้า ไฟส่องถนน แม้แต่รถยนต์ในอนาคตก็จะใช้พลังงานไฟฟ้าแทนที่น้ำมัน ส่วนในเรื่องของอิเล็กทรอนิกส์นั้น เป็นเรื่องของความสะดวกสบายเหนือขึ้นมาอีก อิเล็กทรอนิกส์ใช้อิเล็กตรอนทำงานในการประมวลผลเชิงตรรกะ และมันเป็นพื้นฐานของอุปกรณ์อำนวยความสะดวกเกือบทุกอย่าง ไม่ว่าจะเป็น คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์ โทรทัศน์ เครื่องซักผ้า ตู้เย็น พัดลม เรียกว่าเรากำลังอาศัยอยู่ในยุคของปัญญาที่มีพื้นฐานบนการทำงานของอิเล็กตรอน  

อิเล็กทรอนิกส์ในยุคปัจจุบันนั้น ทำงานโดยอาศัยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้วัสดุประเภทที่เรียกว่าวัสดุอนินทรีย์ เช่น ซิลิกอน ทองแดง อลูมิเนียม เป็นต้น  แต่ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา ได้เกิดแนวคิดของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้วัสดุอินทรีย์ เช่น พอลิเมอร์นำไฟฟ้า ท่อนาโนคาร์บอน กราฟีน เป็นต้น ซึ่งอิเล็กทรอนิกส์แบบหลังนี้ มักจะเรียกกันว่า อิเล็กทรอนิกส์แบบอ่อน (Soft Electronics) เพราะอิเล็กทรอนิกส์แบบนี้ สามารถที่จะทำวงจรให้มีความยืดหยุ่น (Flexible Electronics) ซึ่งต่างจากอิเล็กทรอนิกส์แบบเก่า ที่มักจะอยู่บนแผ่นวงจรที่แข็งและแตกหักได้ อิเล็กทรอนิกส์แบบอ่อนนี้ยังมีข้อดีที่สามารถผลิตด้วยกรรมวิธีใหม่ๆ เช่น สามารถพิมพ์ลายวงจรด้วยเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ต (Printable Electronics) หรือกระบวนการพิมพ์อื่นๆ แบบเดียวกับที่ใช้ผลิตหนังสือ และ นิตยสาร ซึ่งทำให้อิเล็กทรอนิกส์แบบนี้เป็นทางเลือกใหม่ สำหรับงานประยุกต์ใหม่ๆ ในอนาคต

อิเล็กทรอนิกส์แบบอ่อนนี้เอง ที่กำลังกลายมาเป็นกระแสใหม่ที่กำลังร้อนแรงในวงการอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งก่อให้เกิดการต่อยอดไปสู่อิเล็กทรอนิกส์แบบใหม่อื่นๆ อีกมากมาย เช่น อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้ (Wearable Electronics) อิเล็กทรอนิกส์บนผิวหนัง (Epidermal Electronics) อิเล็กทรอนิกส์แบบฝังในร่างกาย (Implantable Electronics)  ซึ่งจะเห็นได้ว่าอิเล็กทรอนิกส์ทั้ง 3 แบบนี้ ได้เขยิบเข้ามาใกล้ชิดกับร่างกายมนุษย์มากขึ้นตามลำดับ กล่าวคือ Wearable Electronics นั้น เข้ามาแนบใกล้ร่างกายแบบไปไหนมาไหนด้วยกัน แต่ก็ยังอยู่นอกร่างกาย ส่วน Epidermal Electronics นั้น เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่แนบไปกับผิวหนังของเราเลย เรียกว่าใกล้กว่า Wearable Electronics เข้ามาอีก ส่วน Implantable Electronics นั้นเข้าไปอยู่ในร่างกายของคนเรากันเลยครับ ซึ่งเราจะเห็นได้ว่า แนวโน้มของมนุษย์เราจะค่อยๆ หลอมรวมกับจักรกลมากขึ้นไปเรื่อยๆ ยิ่งพวกเราพัฒนาทางด้านเทคโนโลยีมากขึ้นเท่าไหร่ เราจะยิ่งรู้สึกว่าที่พระเจ้าให้มานั้นมันไม่เพียงพอแล้ว ต้องใส่นู่นใส่นี่เพิ่มเข้าไป อย่างที่ผมมักจะพูดประจำว่าเรื่องของ Man-Machine Integration หรือการบูรณาการระหว่างมนุษย์กับจักรกลมันเป็นแนวโน้มของศตวรรษที่ 21 ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เราจะเริ่มเห็นมนุษย์กึ่งจักรกล (Bionics) หรือจักรกลกึ่งมนุษย์ (Biomimics) มากขึ้นเรื่อยๆ ครับ

ครั้งหน้าผมจะมาพูดถึง Epidermal Electronics หรือวงจรอิเล็กทรอนิกส์บนผิวหนังนะครับ

20th ITS World Congress 2013

(Picture from http://www.utwente.nl/ewi/dacs/assignments/cartocar/)

ในปัจจุบัน ระบบขนส่งอัจฉริยะ (Intelligent Transportation System) เริ่มมีบทบาทมากขึ้น ระบบ GPS เริ่มจะกลายเป็นมาตรฐานของรถยนต์หลายยี่ห้อแล้วครับ บริษัทขนส่งต่างๆ เริ่มมีการนำ GPS มาติดตั้งในรถบรรทุก และรถบัสโดยสาร เพื่อติดตามพฤติกรรมการขับขี่ของคนขับ ในประเทศไทยเองก็มีการใช้งานอย่างกว้างขวางแล้ว ทุกวันนี้ก่อนผมจะออกจากผม ผมจะเปิด App บนสมาร์ทโฟนดูก่อนว่าสภาพการจราจรในเส้นทางที่ผมจะต้องผ่านเป็นอย่างไร บ้านผมอยู่เมืองนนท์ แถวสะพานพระนั่งเกล้า ทำให้ผมจะต้องดูการจราจรแถวต่างระดับแครายว่าพอไปได้หรือยัง จากนั้นต้องมาดูหน้าด่านเก็บเงินของทางด่วนงามวงศ์วานขาเข้า รวมทั้งสภาพการเลื่อนไหลของรถบนทางด่วนด้วย ถ้าเห็นว่าสถานการณ์ไม่ค่อยดี ผมก็จะเปลี่ยนเส้นทางโดยจะมาทางราชพฤกษ์ และเข้าทางสะพานกรุงธนฯ แทน App ตัวนี้ทำให้ชีวิตผมสบายขึ้นเป็นอย่างมาก

ในวงการระบบขนส่งอัจฉริยะเอง ในแต่ละปีมีการประชุมวิชาการหลายๆ ครั้ง จัดขึ้นกระจัดกระจายทั่วโลก โดยจะมีการจัดประชุมครั้งใหญ่ที่รวมประเด็นสำคัญ รวมไปถึงการประชุมระดับนโยบาย ที่จะกำหนดอนาคตของระบบขนส่งโลก ซึ่งปีนี้ก็จัดมาถึงครั้งที่ 20 แล้ว โดย ITS World Congress ในปีนี้จะจัดขึ้นที่โตเกียว ระหว่างวันที่ 14-18 ตุลาคม 2556 

หัวข้อของการประชุมที่เป็นที่สนใจในปีนี้ ได้แก่

1. Safety and traffic management
เป็นเรื่องของการนำเอาระบบอัจฉริยะ มาใช้ในการจัดการจราจร การรักษาความปลอดภัยในระบบการจราจร ระบบแจ้งเตือนต่างๆ บนทางหลวง การรับส่งข้อมูลระหว่างยานยนตร์ กับ ระบบทางหลวง

2. Next generation mobility and sustainability
เป็นเรื่องของระบบขนส่ง และยานยนต์ในอนาคต ไม่ว่าจะเป็นรถยนต์ไฟฟ้า รถยนต์ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนผ่านเซลล์เชื้อเพลิง รถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงชีวภาพ ระบบโครงสร้างพื้นฐานต่างๆ สำหรับยานยนตร์แห่งอนาคต เช่น เครือข่ายการชาร์จไฟ ระบบโลจิสติกส์สำหรับเชื้อเพลิงอนาคต ระบบจัดการพลังงานสำหรับการขนส่ง นวัตกรรมด้านยานยนต์สำหรับการขนส่งแบบบุคคล รวมไปถึงนวัตกรรมสำหรับสังคมผู้สูงวัย

3. Efficient transport systems in mega cities/regions
เกี่ยวกับระบบขนส่งมวลชนในเมืองใหญ่ การจัดการระบบขนส่งมวลชนที่มีประสิทธิภาพ รวมไปถึงประเด็นในเรื่องของสังคม และ สิ่งแวดล้อม

4. Intermodal and multimodal systems for people and goods
เป็นเรื่องของการผสมผสานการขนส่งแบบต่างๆ ที่ทำให้เกิดการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ในการลำเลียงคนและสินค้าต่างๆ ได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพสูงสุด

5. Personalized mobility services
เป็นเรื่องของการนำเทคโนโลยีสารสนเทศต่างๆ มาใช้เพื่อการขนส่ง App ต่างๆ บนสมาร์ทโฟน บริการต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับยานยนต์และการขนส่ง การประมวลผลข้อมูลต่างๆ และเรื่องของ Big Data ที่กำลังมีมากขึ้นเรื่อยๆ ในระบบคมนาคม

6. Resilient transport systems for emergency situations
เป็นเรื่องของระบบขนส่งและคมนาคม ที่มีภูมิต้านทานต่อภัยพิบัติและสถานการณ์ฉุกเฉินต่างๆ การออกแบบโครงสร้างพื้นฐาน และระบบขนส่งอัตฉริยะ ที่มีความสามารถในการฟื้นฟูเมื่อการสถานการณ์ฉุกเฉิน

7. Institutional issues and international harmonization
เกี่ยวกับความร่วมมือต่างๆ ระหว่างองค์กรที่เกี่ยวข้องกับระบบขนส่งอัจฉริยะ การวางแผน มาตรฐานและกฎระเบียบต่างๆ และแนวโน้มการใช้งานในอนาคต

Body Odor - กลิ่นกายมนุษย์ (ตอนที่ 1)

เมื่อตอนลูกผมทั้ง 2 คนยังเล็ก ผมจะหอมลูกบ่อยมากๆ แบบว่าอยากฟัด เวลาหอมลูกก็จะสูดกลิ่นเข้าไปลึกๆ ถึงปอด มันแสนจะชื่นใจ ในระหว่างที่ผมหอมลูกอยู่นั้น ทุกอณูของลมหายใจเข้าไปนั้นค่อนข้างแจ่มชัดถึงความรักที่เรามีแต่ลูก แม้ทุกวันนี้ลูกสาวผมจะอายุ 13 ขวบ ส่วนลูกชายอายุ 10 ขวบ แล้วก็ตาม ผมก็ยังหอมลูกอยู่วันละหลายๆ ครั้ง กลิ่นของความรักที่ผมสูดดมทุกวันนี้ ช่วยลดความเครียด และเติมเต็มความสุขให้แก่ชีวิตทุกวันได้ โดยไม่ต้องไปแสวงหาความสุขอื่นๆ อีก

ร่างกายของมนุษย์เรานั้น จริงๆ แล้วก็เหมือนเครื่องจักรขนาดใหญ่ที่ทำงานด้วยการอาศัยพลังงานจากอาหารที่กินเข้าไป อาหารเหล่านั้นจะถูกย่อยเป็นโมเลกุลเล็กๆ ที่ร่างกายสามารถนำไปใช้งานได้ โดยสิ่งที่ใช้ประโยชน์ไม่ได้ ก็จะถูกขับถ่ายออกมา ส่วนโมเลกุลที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ ก็จะถูกดูดซึมในระบบทางเดินอาหาร แล้วลำเลียงไปยังระบบต่างๆ ทั่วร่างกาย โมเลกุลเหล่านั้น หลายๆ ชนิดสามารถนำไปใช้ตรงๆ ได้เลย แต่บางชนิดก็ไม่สามารถนำไปใช้ได้ตรงๆ แต่ต้องผ่านกลไกต่างๆ เกิดปฏิกริยาเคมีเป็นทอดๆ ถึงจะนำไปใช้ประโยชน์ได้ ในแต่ละวัน ร่างกายของเราได้ทำกิจกรรมต่างๆ มากมาย การคิด การเดิน พูด กินขนม จิบไวน์ เล่นคอมพ์ ขับรถ ทำงาน ทุกๆ วินาทีที่ผ่านไป ปฏิกริยาเคมีในร่างกายของเราเกิดขึ้นมากมาย แม้กระทั่งตอนที่เราปิ๊งสาว และเกิดความรักขึ้นมานั้น ในร่างกายของเรา ก็เกิดปฏิกริยาเคมีชนิดพิเศษ ที่ทำให้เรามีความรู้สึกถึงความรักนั้น ร่างกายของเราจึงเสมือนเป็นที่ชุมนุมของโมเลกุลเคมีต่างๆ มากมายนับไม่ถ้วน และโมเลกุลเหล่านี้ หลายๆ ชนิดก็หลุดเล็ดลอดออกมาจากร่างกายของเรา ทำให้เรามี "กลิ่นกาย" ที่ค่อนข้างเฉพาะเจาะจง แต่ละคนก็มีกลิ่นไม่เหมือนกัน ซึ่งเราเองอาจจะไม่ค่อยสังเกต แต่สัตว์ที่ใกล้ชิดเราที่สุดคือสุนัข มันสามารถจดจำกลิ่นของเราได้ การใช้ชีวิตที่เปลี่ยนไปของเรา ก็จะทำให้กลิ่นกายของเราเปลี่ยนไปได้เช่นกัน คนอินเดียที่ชอบทานอาหารที่มีเครื่องเทศจำพวกกลิ่นแรง ก็จะมีกลิ่นตัวเฉพาะที่เราได้กลิ่นเมื่อไหร่ ก็จะรู้ทันที


จะเห็นได้ว่า "กลิ่นกาย" ของเราสามารถที่จะบ่งบอกสภาวะทางเคมีในร่างกายของเราได้ ซึ่งรวมถึงสภาวะทางสุขภาพของเรา ดังนั้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานี้ นักวิทยาศาสตร์จึงมีความสนใจที่จะใช้กลิ่นกายมนุษย์ สำหรับวินิจฉัยสภาวะทางสุขภาพของมนุษย์ ซึ่งผมจะมาเล่าเกี่ยวกับงานวิจัยทางด้านนี้ในตอนต่อๆ ไปครับ กลิ่นกายของเราซึ่งเป็นกลุ่มของโมเลกุลเคมีที่เล็ดลอดออกมาจากภายในร่างกายของเรานั้น ออกมาทางไหนบ้าง มาดูกันครับ

(1) ปากและจมูก ซึ่งเป็นทางผ่านของลมหายใจออกมา ในลมหายใจออกของเรานั้น จะมีโมเลกุลจำนวนมากที่ระบบเลือดของเรานำมาปล่อยออกที่ปอด ซึ่งโดยมากเป็นโมเลกุลขนาดเล็ก ระเหยง่าย การวินิจฉัยโมเลกุลในลมหายใจเหล่านี้ สามารถบ่งชี้โรคต่างๆ ได้ เช่น มะเร็งปอด มะเร็งตับ โรคฟัน เป็นต้น

(2) ตด และ อุจจาระ อันนี้ผมคงไม่ต้องพูดอะไรมากหล่ะครับ ว่ากลิ่นประเภทนี้มีลักษณะอย่างไร แต่เชื่อไหมครับว่า กลิ่นตดนั้นสามารถใช้บอกสถานะทางสุขภาพในทางเดินอาหารได้ ในประเทศจีนถึงกับมีอาชีพนักดมตด ซึ่งมีหน้าที่วินิจฉัยโรคในทางเดินอาหาร นักดมตดเหล่านี้มีความสามารถที่จะบอกจากกลิ่นตดได้ว่า ผู้ตดมีโรคกระเพาะหรือมีเนื้องอกในลำไส้หรือไม่ รวมไปถึงอาการผิดปกติต่างๆ เช่น เลือดออกในระบบทางเดินอาหาร หรือ การติดเชื้อต่างๆ 

(3) ปัสสาวะ โมเลกุลต่างๆ ที่เป็นของเสีย ซึ่งร่างกายไม่ต้องการจะถูกขับออกมาทางปัสสาวะ ทำให้กลิ่นปัสสาวะ สามารถบ่งบอกสถานะทางสุขภาพของผู้ฉี่ได้ โดยทีมวิจัยของผมเองก็ได้ทำการทดลองใช้เครื่องจมูกอิเล็กทรอนิกส์ (electronic nose หรือ e-nose) เพื่อดมกลิ่นน้ำตาลในปัสสาวะ ซึ่งสามารถจำแนกกลิ่นที่มีความเสี่ยงในการเป็นเบาหวานได้

(4) ผิวหนัง โดยเฉพาะในรูปของเหงื่อ ซึ่งจุดที่มักจะมีกลิ่นมากที่สุดคือ รักแร้ และ เท้า ซึ่งตัวผมเองก็มีผลงานวิจัยในเรื่องการดมรักแร้มาบ้างครับ มีการตีพิมพ์ผลงานในวารสารวิชาการระดับนานาชาติ  และยังได้จดสิทธิบัตรวิธีการจดจำและจำแนกกลิ่นรักแร้เอาไว้ด้วยครับ เพนตากอนยังเคยมาอ้างอิงผลงานวิจัยชิ้นนี้  เพื่อจะนำไปต่อยอดพัฒนาเครื่องดมและจดจำกลิ่นผู้ก่อการร้ายอีกด้วย

ในเมื่อกลิ่นกายของมนุษย์สามารถที่จะบอกสภาวะต่างๆ ในร่างกาย และบ่งชี้สถานภาพทางสุขภาพได้ ดังนั้นจะมีประโยชน์มากหากเราสามารถพัฒนาเทคโนโลยีในการดมกลิ่น เช่น จมูกอิเล็กทรอนิกส์ (e-nose) เพื่อใช้ดมกลิ่นที่ออกมาจากร่างกาย และวิเคราะห์หรือวินิจฉัยว่าเราป่วยเป็นโรคหรือไม่ ซึ่งความสามารถในการตรวจวัดของเจ้า e-nose เนี่ยก็ไม่ธรรมดาเลยครับ ตัวผมเองมีงานวิจัยที่ทำร่วมกับคุณหมอที่โรงพยาบาลรามาธิบดี โดยการนำเอาเจ้า e-nose มาตรวจวัดผู้ป่วยที่เป็นมะเร็งตับ ซึ่งพบว่า e-nose สามารถจำแนกกลิ่นลมหายใจของผู้ป่วยมะเร็งตับได้ ในกรณีอื่นๆ ก็เคยมีผู้นำ e-nose ไปดมกลิ่นตัวของผู้ป่วยที่เป็นโรคจิตเภท ซึ่งพบว่าคนเหล่านี้มีกลิ่นกายแตกต่างไปจากคนปกติ ซึ่งเราไม่สามารถแยกแยะกลิ่นเหล่านี้ได้ นอกจากนั้นยังมีโรคอื่นๆ อีกมากมาย ที่ e-nose สามารถตรวจพบได้ นับว่าเป็นเทคโนโลยีที่มีอนาคตจริงๆ

วันหลังผมจะทยอยเล่าในรายละเอียดในประเด็นต่างๆ ของเรื่องกลิ่นกายมนุษย์ และเทคโนโลยีในการดมกลิ่นเหล่านี้นะครับ