Micro Air Vehicle (ตอนที่ 4)

(Picture from http://www.kilowattrc.com/)

ตั้งแต่ต้นปี 2556 เป็นต้นมา หน่วยวิจัยของผมได้เริ่มทำการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีอากาศยานขนาดจิ๋ว (MAV หรือ Micro Air Vehicle) โดยหวังจะนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้งานทางด้านการเกษตร การตรวจวัดสิ่งแวดล้อม รวมไปถึงงานตรวจเฝ้าระวังภัยคุกคาม จะว่าไป ... ระดับของเทคโนโลยี MAV ในโลกก็พัฒนาไปค่อนข้างมากแล้ว ถ้าเรามัวแต่ไปพัฒนาเทคโนโลยีของเราเองก็ไม่มีทางทันฝรั่งแน่ หน่วยวิจัยของผมจึงเน้นการต่อยอดเทคโนโลยีของฝรั่ง โดยนำเทคโนโลยีของฝรั่งมาเพิ่มเติมเทคโนโลยีของเราเข้าไป เช่น การพัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจวัด การใส่ไบโอเซ็นเซอร์ จมูกอิเล็กทรอนิกส์ เข้าไป การพัฒนาระบบควบคุม ระบบซอฟต์แวร์ และระบบอัจฉริยะ เข้าไป ซึ่งก็จะทำให้เราตามหลังฝรั่งในบางเรื่อง แต่ก็เท่าทันหรือก้าวล้ำฝรั่งในบางเรื่องได้ เพราะในเรื่องของ MAV นี้ ต่อไปอีกไม่นาน มันจะเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญของโลก เรียกว่า ประเทศไหนไม่มีใช้ ประเทศนั้นจะกลายเป็นประเทศล้าหลังไปเลยหล่ะครับ

MAV เป็นเทคโนโลยีเปลี่ยนโลก มันจะทำให้ภูมิทัศน์ของอำนาจ เศรษฐกิจและสังคม เปลี่ยนไปได้พอๆ กับการค้นพบดินปืน และ เครื่องจักรไอน้ำเลยหล่ะครับ ทุกวันนี้ รอบๆ ตัวเราก็มีอากาศยานขนาดจิ๋วบินไป บินมา ไปทั่วอยู่แล้ว ทั้งนก แมลงต่างๆ ผึ้ง แมลงปอ ผีเสื้อ ยุง จะว่าไปแล้ว สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ก็ไม่ต่างจากหุ่นยนต์บินได้ (Flying Robots) หากแต่อากาศยานจิ๋วเหล่านี้ เราไม่สามารถควบคุมและนำมันมาใช้งานได้ ลองคิดดูสิครับ ว่าหากเราสามารถควบคุมอากาศยานจิ๋วเหล่านี้ให้ทำงานตามที่เราต้องการ หรือ เราสามารถสร้างอากาศยานจิ๋วเหล่านี้ขึ้นมาใช้งานเองได้ วิถีชีวิตของมนุษย์เราจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างแน่นอน ลองคิดดูว่าความเป็นส่วนตัวของเราจะหายไปหรือไม่ หากเราไม่สามารถแยกแมลงในธรรมชาติ ออกจากแมลงกล หรือ อากาศยานขนาดจิ๋วที่กำลังบินไปบินมา

ปัจจุบัน การพัฒนา Flying Robots ขนาดจิ๋วนั้น แบ่งออกเป็น 2 แนวทางครับคือ

(1) Bionic Insects คือการนำเอาแมลงในธรรมชาติมาดัดแปลง ด้วยการปลูกถ่ายวงจรอิเล็กทรอนิกส์ลงไปในตัวแมลง แล้วทำให้เราสามารถควบคุมแมลงนั้นให้ทำงานตามคำสั่ง ซึ่งสามารถทำสำเร็จกับแมลงหลายชนิดแล้ว เช่น ด้วง ผีเสื้อ แมลงสาบ เป็นต้น ข้อดีของแนวทางนี้คือ แมลงในธรรมชาติทำตัวเป็นหุ่นยนต์ตามคำสั่งของเราได้ โดยการดัดแปลงระบบประสาท ทำให้เราไม่ต้องไปพัฒนาระบบพลังงานของแมลง รวมทั้งระบบการบินที่มีความซับซ้อน เรียกว่าเป็นการหลอกแมลงในธรรมชาติมาใช้งาน แต่ปัญหาก็คือ แมลงเป็นสัตว์ที่มีอายุสั้น ทำให้อายุการใช้งานแมลงเหล่านี้มีความจำกัด นอกจากนั้น แมลงยังมีความอดทนต่ออุณหภูมิค่อนข้างน้อย โดยเฉพาะในอากาศเย็น มันจะมีความตื่นตัวน้อยลง ซึ่งทำให้การใช้งานในสภาพแวดล้อมแบบโหดร้ายทำได้ยาก ต่างจากหุ่นยนต์แมลงที่เป็นจักรกล 100 เปอร์เซ็นต์

(2) Micro/Nano Drones เป็นการสร้างหุ่นยนต์บินได้ (Flying Robots) หรือ อากาศยานจิ๋วขึ้นมา โดยอาจจะเลียนแบบธรรมชาติ (Biomimetics) เช่น รูปแบบการบิน หรือ ลักษณะปีกของแมลง แนวทางนี้มีข้อได้เปรียบในเรื่องของอายุการใช้งานที่เหนือแมลงในธรรมชาติ แต่ระดับของเทคโนโลยีในปัจจุบัน ถูกจำกัดด้วยความจุของแบตเตอรีที่ค่อนข้างน้อย ทำให้การปฏิบัติงานในแต่ละครั้งมีระยะเวลาไม่กี่นาที แต่เชื่อว่าในอนาคต ด้วยเทคโนโลยีของนาโนแบตเตอรีที่มีความก้าวหน้ามากขึ้น อากาศยานจิ๋วเหล่านี้จะมีเวลาในการบินนานขึ้นจนใช้งานได้จริง

จากการที่รัฐบาลของประธานาธิบดีโอบามา ได้ลงนามในกฎหมายที่จะมีการอนุญาตให้อากาศยานไร้นักบิน (Unmanned Aerial Vehicle หรือ UAV) หรือ drone สามารถใช้งานในสหรัฐอเมริกาได้นั้น ทำให้ตลาดของ drone ทั้งแบบที่เป็น UAV และ MAV จะเกิดการเติบโตขึ้นอย่างมหาศาล ปัจจุบันมีการออกใบอนุญาตให้หน่วยงานรัฐ 56 แห่ง หน่วยงานด้านยุติธรรม 22 แห่ง มหาวิทยาลัยอีก 24 แห่ง สามารถใช้งาน drone ได้บนน่านฟ้าสหรัฐฯ นี่ยังไม่นับรวมบริษัทเอกชน และ การใช้งานส่วนบุคคลที่จะเกิดขึ้นอีกมากมายมหาศาล รวมไปถึง nano drone ซึ่งจะมีขนาดที่เล็กกว่า MAV เข้าไปอีก ซึ่งไม่จำเป็นต้องขออนุญาต ทำให้เทคโนโลยีนี้มีมูลค่าตลาดอีกมากมายเหลือเกินครับ ... แน่นอนนี่ยังไม่นับรวมหุ่นยนต์แบบฝูง (Swarm Robots) อื่นๆ ที่ทำงานบนบก และ ในน้ำ ซึ่งจะทำให้สิ่งแวดล้อมรอบๆ ตัวเรา มีสภาพแวดล้อมแบบอัจฉริยะ (Ambient Intelligence) เต็มไปหมด

Micro Air Vehicle (ตอนที่ 3)

เรื่องของอากาศยานจิ๋ว หรือ MAV (Micro Air Vehicle) เริ่มกลายมาเป็นกระแสที่มาแรง และเป็น Talk of the Town ที่ดังขึ้นเรือยๆ นะครับ จะว่าไป MAV ก็คือ UAV ขนาดเล็กนั่นเอง (Unmanned Aerial Vehicle) ซึ่งเมื่อก่อนในวงการวิชาการมีการศึกษาวิจัยในเรื่อง UAV กันน้อยมากๆ เนื่องจากต้องใช้งบประมาณสูงมาก ทำให้สามารถลงทุนวิจัยได้เฉพาะหน่วยงานรัฐขนาดใหญ่ โดยเฉพาะกระทรวงกลาโหมของประเทศสหรัฐอเมริกา และอิสราเอล แต่ในปัจจุบัน UAV ขนาดเล็กเริ่มได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ การย่อส่วนของ UAV ให้เล็กลงนี้ กลับทำให้เกิดการขยายขอบเขตการนำไปประยุกต์ใช้ ออกไปอย่างกว้างขวาง จนใน 2-3 ปีมานี้ มีนักวิจัยเข้ามาพัฒนาเทคโนโลยีนี้กันมากมายเลยครับ จนสามารถสร้างประชาคมวิจัยขนาดใหญ่ขึ้นมา ซึ่งปัจจุบันมีการประชุมวิชาการนานาชาติของตัวเองที่เรียกว่า The International Micro Air Vehicle Conference ซึ่งจัดมา 2 ครั้งแล้ว และในปีหน้าคือปี 2013 จะไปจัดกันที่ประเทศฝรั่งเศสที่เมืองตูลูส

น่าเสียดาย ... ที่บ้านเรายังให้ความสนใจในเรื่องนี้ค่อนข้างน้อย ทั้งๆ ที่เทคโนโลยีนี้มีประโยชน์กับประเทศไทยอย่างมากมาย งานประยุกต์ของ MAV กว้างขวางมากครับ เช่น เราสามารถนำมันมาใช้ทางด้านการเกษตร เช่น ติดเซ็นเซอร์ให้มันบินขึ้นไปเก็บข้อมูลต่างๆ ของไร่นา เก็บข้อมูลและทำแผนที่ผลผลิต การตรวจหาสิ่งผิดปกติในไร่นา ทางด้านสวัสดิภาพและความมั่นคง เราสามารถใช้ติดตาม ความเคลื่อนไหวของผู้ต้องสงสัย การต่อต้านการก่อการร้าย ตรวจเส้นทางยาเสพติด การปกป้องพื้นที่ป่าไม้ การติดตามสถานการณ์ภัยพิบัติ น้ำท่วม แผ่นดินไหว ไฟไหม้ป่า ในด้านการบันเทิงและท่องเที่ยว ก็สามารถใช้ MAV บินขึ้นไปถ่ายทำคลิปวีดิโอเพื่อถ่ายภาพมุมกว้างจากด้านบน ซึ่งถ้าเป็นสมัยก่อนต้นทุนจะค่อนข้างสูงมาก แต่อีกไม่นาน ใครๆ ก็จะสามารถทำได้ครับ

ในขณะที่นักเทคโนโลยีบ้านเรายังคงหลับไหลอยู่นั้น ใกล้ๆ บ้านเราที่ประเทศอินเดียมีการพัฒนาเรื่องนี้ไปค่อนข้างไกลเลยครับ  โดยเมื่อต้นปี 2012 นักวิจัยอินเดียได้ทำการสาธิตการบิน MAV ซึ่งมีน้ำหนักประมาณ 300 - 500 กรัม โดยระบบ autopilot อย่างสมบูรณ์แบบ โดยสามารถโปรแกรมการบินไปยังพิกัดต่างๆ ได้ล่วงหน้า หรือสามารถควบคุมจากระยะไกลได้ หากต้องการเปลี่ยนพิกัดในขณะทำการบิน ซึ่งเบื้องต้น มีระยะควบคุม 10 กิโลเมตร และทำการบินที่ระดับความสูง 1 กิโลเมตร ความสำเร็จของโครงการดังกล่าวเกิดจากการสนับสนุนของรัฐบาล ให้หน่วยงานวิจัยและมหาวิทยาลัยต่างๆ ทำงานร่วมกับบริษัทเอกชนของอินเดียหลายแห่ง เช่น Idea Forge, Mumbai, Aurora Integrated Systems และ Seagul Technologies Bangalore จะเห็นว่าอินเดียนั้นกำลังขมักเขม้นพัฒนาเทคโนโลยีของตัวเอง และในอนาคตเราอาจจะได้เห็นอินเดียผงาดในเวทีนวัตกรรมระดับโลก

ที่น่าสนใจก็คือ ในปีหน้า (ค.ศ. 2013) อินเดียจะจัดการแข่งขัน MAV ระดับชาติขึ้นมา เพื่อเป็นการกระตุ้นความสนใจในเรื่องของ MAV แก่เยาวชนและนักวิจัยพัฒนาเทคโนโลยี นับเป็นกลุ่มที่ 3 ของโลก รองจากประเทศสหรัฐอเมริกา และสหภาพยุโรป ที่มีความตื่นตัวในเรื่อง MAV อย่างจริงจังเลยครับ

Micro Air Vehicle (ตอนที่ 2)

(Picture from jacobhi.blogspot.com)

ความสนใจในเรื่องของ MAV ในระยะ 2-3 ปีที่ผ่านมานี้ จะเรียกว่าพุ่งเป็นพลุแตกก็ว่าได้ครับ เพราะเริ่มมีการทำวิจัยกันมากขึ้น มีการส่งเสริมเงินทุนมากขึ้นโดยเฉพาะจากกองทัพสหรัฐฯ จนกระทั่งตอนนี้มีการประชุมวิชาการนานาชาติด้าน MAV กันเลย รวมทั้งยังมีวารสารวิชาการของตัวเองชือ International Journal of Micro Air Vehicle เป็นเวทีสำหรับเผยแพร่ผลงานวิจัยทางด้าน MAV โดยมีบรรณาธิการมาจาก กองทัพอากาศสหรัฐฯ กันเลยทีเดียวครับ

วันนี้ผมจะพาไปรู้จักกับโครงการวิจัยเกี่ยวกับ MAV ที่บินช่วยกันทำงานกันเป็นฝูงครับ โครงการนี้มีชื่อเรียกว่า SMAVNET (Swarming Micro Air Vehicle Network) ซึ่งดำเนินการโดยห้องปฎิบัติการระบบอัจฉริยะ ณ สถาบันโพลีเทคนิคแห่งโลซาน ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ โดยโครงการนี้มีเป้าหมายที่จะพัฒนาอากาศยานจิ๋วที่ทำงานร่วมกันเป็นทีม เพื่อสร้างเครือข่ายสื่อสารไร้สายขึ้นมาในสถานการณ์ที่เกิดวิบัติภัยขึ้น จนทำให้โครงสร้างพื้นฐานด้านการสื่อสารบนพื้นดินเสียหายอย่างใช้การไม่ได้ ฝูง MAV นี้ก็จะถูกปล่อยขึ้นไปบนฟ้า เพื่อทำตัวเป็นโครงข่ายสื่อสาร ที่สามารถส่งต่อสัญญาณเป็นทอดๆ ได้ โดยอาศัยความได้เปรียบที่มันลอยอยู่บนฟ้า ทำให้ไม่มีสิ่งกีดขวางในการส่งสัญญาณวิทยุ

เจ้า MAV ที่พวกเขาพัฒนาขึ้นนี้ มีน้ำหนักเพียง 420 กรัม และมีความยาวชองช่วงปีกเพียง 80 เซ็นติเมตรเท่านั้น ซึ่งทำมาจากพลาสติกชนิดพอลีพอไพริน ระบบขับเคลื่อนเป็นใบพัดติดอยู่หลังลำตัว และควบคุมการบินด้วยแผงปีกเพียง 2 อัน ทำให้ง่ายในการควบคุม พลังงานได้มาจากแบตเตอรีแบบลิเธียมพอลิเมอร์ ซึ่งเพียงพอสำหรับการบิน 30 นาทีต่อครั้ง ซึ่งในความคิดของผมนั้นถือว่ายังน้อยเกินไปสำหรับการใช้ประโยชน์ตามวัตถุประสงค์ที่กล่าวมาข้างต้น (อย่างน้อยก็น่าจะสัก 1-2 ชั่วโมงครับ) ฝูง MAV ที่ทดลองในโครงการนี้มีจำนวนทั้งหมด 10 ตัว โดยนักวิจัยได้ปล่อยฝูงบินนี้ขึ้นฟ้า แล้วปล่อยให้พวกมันเรียนรู้ที่จะบินเกาะกันเป็นฝูง โดยสร้างเครือข่ายไร้สายขึ้นบนท้องฟ้า ซึ่งซอฟต์แวร์ปัญญาประดิษฐ์ที่ติดตั้งใน MAV แต่ละตัว จะทำให้มันเรียนรู้ที่จำทำงานประสานกัน พวกมันจะคุยกัน บอกกันและกันว่า ใครจะบินจากจุดไหนไปจุดไหน และตัวที่เหลือจะบินตามกันอย่างไร เหมือนนกที่บินกันเป็นฝูง

Micro Air Vehicle (ตอนที่ 1)

(Picture from http://www.hindustantimes.com/)

ในช่วง 2-3 ปีมานี้ ได้มีความก้าวหน้าของอากาศยานจิ๋วที่เรียกว่า Micro Air Vehicle หรือเรียกย่อๆ ว่า MAV (ผมขอใช้คำนี้เรียกเจ้าสิ่งนี้ ในบทความตอนต่อๆ ไปนะครับ) โดยตามนิยามแล้ว MAV ถือว่าเป็น UAV แบบหนึ่ง (Unmanned Aerial Vehicles) ซึ่งก็แน่นอนอยู่แล้วครับ เพราะคนจะขึ้นไปขับ MAV ได้ยังไง เพราะขนาดของ MAV นั้น โดยเฉลี่ยก็แค่ 15 เซ็นติเมตรหรือเล็กกว่านั้น โดยมีเป้าหมายจะให้มีขนาดเล็กลงไปเรื่อยๆ จนมีขนาดเท่าแมลง เทคโนโลยี MAV จึงถือเป็นคู่แข่งของเทคโนโลยีแมลงชีวกล (Bionic Insect) โดย MAV จะเป็นจักรกลที่มนุษย์สร้างขึ้นทั้งหมด ในขณะที่แมลงชีวกลนั้น เป็นแมลงกึ่งจักรกล ซึ่งยืมเทคโนโลยีธรรมชาติที่เป็นตัวแมลง มาใช้เป็นส่วนของการเคลื่อนที่ สถานภาพปัจจุบันของเทคโนโลยีทั้งสอง ถ้าเป็นในแง่ขนาด เทคโนโลยีแมลงชีวกลยังนำหน้าอยู่อย่างทิ้งห่างครับ แต่ถ้าในแง่ของการควบคุม (โปรแกรมการบินจากจุดหนึ่งไปจุดหนึ่ง หรือ โปรแกรมภารกิจให้ทำงาน) เทคโนโลยี MAV นำหน้าไปไกลโขเลยครับ อีกสัก 2-3 ปี เรามาดูกันครับว่า เมื่อต่างฝ่ายต่างต้องการเด่นทั้ง 2 ด้าน ... เทคโนโลยีใดจะเป็นผู้ชนะ

ตอนนี้ ถ้ามีน้องๆ กำลังจะไปเรียนต่อเมืองนอกมาถามผมว่า "เรียนอะไรดีครับ ที่มีอนาคต" ... นี่เลยครับ ไปเรียนเรื่อง MAV นี้เลยครับ มีอนาคตไกลเลย และก็สนุกด้วย

งานวิจัยทางด้าน MAV แบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทครับ คือ

(1) MAV ปีกแข็ง เหมือนปีกเครื่องบิน ซึ่งจะทำให้มันสามารถร่อนได้เป็นระยะทางไกลๆ MAV ประเภทนี้จะใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพมาก แต่ก็จะมีข้อเสียตรงที่มันไม่สามารถหยุดสังเกตการณ์นิ่งๆ หรือเลี้ยวในมุมแคบ หรือฉวัดเฉวียนในซอกเล็กซอกน้อยได้

(2) MAV ปีกขยับได้ เหมือนนกหรือแมลง หุ่นประเภทนี้มีข้อดีตรงที่ทำการผลิตโดยวิธีการทางไมโครอิเล็กทรอนิกส์ได้ดี การบังคับก็ทำได้ดี แต่ไม่ค่อยมีประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน

(3) MAV ปีกหมุน เหมือนปีกเฮลิคอปเตอร์ มีข้อดีที่สามารถหยุดนิ่งใน อากาศได้ เลี้ยวมุมแคบ ฉวัดเฉวียนในซอกมุมได้ดี แต่ใช้พลังงานมาก ทำให้ระยะเวลาในการปฏิบัติการสั้นกว่าหุ่นบินปีกนิ่ง

จะเห็นได้ว่า MAV มีข้อได้เปรียบแมลงชีวกล ก็ตรงที่มันมีรูปแบบการบินให้เลือกมากถึง 3 รูปแบบครับ ในขณะที่แมลงชีวกลมีรูปแบบการบินแค่แบบเดียวเท่านั้น คือแบบที่ (2) อย่างไรก็ตาม การสร้าง MAV ให้บินเลียนแบบแมลงได้ ก็ต้องมีความรู้ความเข้าใจในเรื่องการบินของนกและแมลงครับ  ระยะหลังๆ มานี้เราจึงเห็นวิศวกรรมเครื่องกลเข้ามาร่วมมือกับนักชีววิทยาด้านสัตว์ปีกและแมลง กันมากขึ้น

วันหลังมาคุยเรื่องนี้กันต่อครับ ....

Smart Dust - ฝุ่นฉลาด (ตอนที่ 5)

กลุ่มวิจัยทางด้าน MAV (Micro Aerial Vehicle) ที่เกาะติดเรื่องนี้มานาน มีหลายกลุ่มทั่วโลก วันนี้ผมขอแนะนำกลุ่มวิจัยหนึ่งที่ประเทศเนเธอร์แลนด์ ดินแดนแห่งดอกทิวลิปและกังหันลม กลุ่มวิจัยนี้มีชื่อว่า Delfly ซึ่งประกอบด้วยนักวิจัยจากหลายสถาบันมาร่วมมือทำงานกัน โดยมีทีมวิจัยของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดลฟท์ (Delft University of Technology) เป็นทีมวิจัยแกนนำ กลุ่มวิจัย Delfly เริ่มตั้งทีมพัฒนา MAV มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 2005 โดยได้เปิดตัวหุ่นบินจิ๋วมา 3 รุ่นแล้ว จุดเน้นหลักของหุ่นบินจิ๋ว Delfly ก็คือ มีลักษณะปีกบินเป็นแบบปีกกระพือ เจ้าหุ่นบินรุ่นแรกมีชื่อว่า Delfly I มันถูกออกแบบมาให้เลียนแบบการบินของแมลง มันมีปีก 2 คู่ที่จะทำหน้าที่กระพือรักษาระดับให้มันลอยอยู่ในอากาศนิ่งๆ (ซึ่งหุ่นบินแบบปีกแข็งทำไม่ได้) หรือเคลื่อนตัวไปข้างหน้าอย่างช้าๆ ได้

เจ้าหุ่นรุ่นที่สองมีชื่อว่า Delfly II มันมีกล้องวีดิโอจิ๋วติดตั้งอยู่ด้วย การออกแบบยกเครื่องใหม่ทั้งหมดทำให้มันบินในแนวนอนด้วยความเร็วมากถึง 15 เมตรต่อวินาที สามารถหยุดนิ่งอยู่เฉยบนอากาศ และที่ร้ายกาจก็คือ มันสามารถบินถอยหลังก็ได้ นับว่ามีรูปแบบการเคลื่อนที่ที่ยืดหยุ่น สามารถนำไปใช้งานได้หลากหลายงานประยุกต์ ทีมวิจัยได้พัฒนาซอฟต์แวร์ในการประมวลผลภาพ เพื่อให้เจ้าหุ่นบินสามารถที่จะปฏิบัติการบิน โดยอาศัยการวิเคราะห์จากภาพที่มันเห็น

เจ้าหุ่นบินรุ่นที่สามมีชื่อว่า Delfly Micro หุ่นบินจิ๋วรุ่นนี้มีขนาดและน้ำหนักลดลงไปอย่างมากครับ ลำตัวมีความยาวเพียง 10 เซ็นติเมตร กับน้ำหนักเพียง 3 กรัม จึงนับเป็นหุ่นบินแบบปีกกระพือที่เล็กที่สุดในโลก ที่บรรทุกกล้องวีดิโอได้ เจ้าหุ่นรุ่นนี้นับเป็นความสำเร็จในการบูรณาการเทคโนโลยีหลายแขนง ไม่ว่าจะเป็น เรื่องของอากาศพลศาสตร์ กลศาสตร์ อิเล็กทรอนิกส์ เทคโนโลยีวิเคราะห์ภาพ เทคโนโลยีเครื่องกลจุลภาค เป็นต้น

จะเห็นได้ว่า ถึงแม้เทคโนโลยีหุ่นบินจิ๋วจะมีความก้าวหน้ามากขึ้นเรื่อยๆ แต่ระดับความก้าวหน้านี้ก็ยังห่างไกลจากแมลงในธรรมชาติมากเลยครับ ด้วยเหตุนี้จึงมีนักวิจัยอีกกลุ่มหนึ่ง ซึ่งไม่เชื่อในแนวทางของการสร้างหุ่นยนต์ที่คล้ายแมลง ด้วยคิดว่ายังไงพวกเราก็ไม่น่าจะเอาชนะธรรมชาติได้ นักวิจัยกลุ่มนี้คิดว่าน่าจะเอาแมลงนั่นแหล่ะมาทำหุ่นยนต์ ที่เรียกว่า แมลงชีวกล (Bionic Insect)

วันหลังมาคุยเรื่อง Smart Dust กันต่อครับ วันนี้ร้อนจริงๆ ไปหาโค้กดื่มดีกว่า ....

Smart Dust - ฝุ่นฉลาด (ตอนที่ 4)

เรื่องของเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สาย (Wireless Sensor Networks หรือ WSN) กำลังเป็นประเด็นที่เป็นที่สนใจ ในวงการเทคโนโลยีหลายๆ แขนง ในวงการหุ่นยนต์เอง ก็มีความสนใจในการนำเทคโนโลยี WSN มาใช้กัน โดยพัฒนาหุ่นยนต์จิ๋ว ที่สามารถร่วมมือทำงานกันเป็นทีม หรือเป็นฝูง (Swarm) โดยหุ่นยนต์จิ๋วเหล่านั้น มีเซ็นเซอร์เพื่อตรวจวัดสิ่งต่างๆ ที่สามารถส่งข้อมูลระหว่างกันได้

ในวงการหุ่นยนต์บินได้ หรือ Unmanned Aerial Vehicle (UAV) นั้น ขณะนี้มีเทคโนโลยีหนึ่งที่กำลังมาแรงมาก นั่นคือ Micro Air Vehicle หรือ MAV ซึ่งเป็นหุ่นยนต์จิ๋วบินได้ที่มีขนาดเล็ก นัยว่าไม่ควรมีขนาดใหญ่กว่า 15 เซ็นติเมตร คณะวิจัยทั่วโลกกำลังขมักเขม้นกันพัฒนาเจ้า MAV นี้ให้เล็กลงไปอยู่ในขนาดของแมลง ถ้ามีน้องๆ กำลังจะไปเรียนต่อเมืองนอกมาถามผมว่า "เรียนอะไรดีครับ ที่มีอนาคต" ... นี่เลยครับ ไปเรียนเรื่อง MAV นี้เลย มีอนาคตและก็สนุกด้วย

งานวิจัยทางด้าน MAV แบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทครับ คือ (1) MAV ปีกแข็ง เหมือนปีกเครื่องบิน ซึ่งจะทำให้มันสามารถร่อนได้เป็นระยะทางไกลๆ หุ่นบินประเภทนี้จะใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพมาก แต่ก็จะมีข้อเสียตรงที่มันไม่สามารถหยุดสังเกตการณ์นิ่งๆ หรือเลี้ยวในมุมแคบ หรือฉวัดเฉวียนในซอกเล็กซอกน้อยได้ (2) MAV ปีกขยับได้เหมือนนกหรือแมลง หุ่นประเภทนี้มีข้อดีตรงที่ทำการผลิตโดยวิธีการทางไมโครอิเล็กทรอนิกส์ได้ดี การบังคับก็ทำได้ดี แต่ไม่ค่อยมีประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน (3) MAV ปีกหมุน เหมือนปีกเฮลิคอปเตอร์ มีข้อดีที่สามารถหยุดนิ่งในอากาศได้ เลี้ยวมุมแคบ ฉวัดเฉวียนในซอกมุมได้ดี แต่ใช้พลังงานมาก ทำให้ระยะเวลาในการปฏิบัติการสั้นกว่าหุ่นบินปีกนิ่ง

การจะเรียนเรื่องนี้ได้ก็ต้องมีความรู้ความเข้าใจในเรื่องการบินของนกและแมลงครับ เพราะหุ่นบินพวกนี้บินคล้ายนกหรือแมลง มากกว่า เครื่องบินหรือเฮลิคอปเตอร์ขนาดใหญ่ๆ ระยะหลังๆ มานี้เราจึงเห็นวิศวกรรมเครื่องกลเข้ามาร่วมมือกับนักชีววิทยาด้านสัตว์ปีกและแมลง กันมากขึ้น

วันหลังมาคุยเรื่องนี้กันต่อครับ ....

Smart Dust - ฝุ่นฉลาด (ตอนที่ 3)

ศาสตร์ของ Smart Dust หรือในระยะหลังเปลี่ยนมาใช้ชื่อ Wireless Sensor Networks (WSN) นั้นแรกเริ่มเดิมทีคิดเพื่อให้ทหารใช้ แต่มาระยะหลังๆ ได้มีการนำไปใช้ประโยชน์ในด้านอื่นๆ กันมากกว่าทางด้านทหารเสียอีกครับ เช่น การตรวจวัดในโรงงาน การตรวจวัดสภาพล้อมรอบในไร่นา การตรวจวัดสิ่งแวดล้อม การตรวจเฝ้าและศึกษาระบบนิเวศน์ การควบคุมการจราจร ระบบบ้านอัจฉริยะ การตรวจวัดสุขภาพ ....

วันนี้ผมขอแนะนำโครงการวิจัยที่นำ WSN ไปใช้ในการตรวจวัดสิ่งแวดล้อม โครงการนี้มีชื่อว่า The PermaSense Project ซึ่งดำเนินการโดย ภาควิชาคอมพิวเตอร์ มหาวิทยาลัยซูริค (University of Zurich) ซึ่งได้เริ่มดำเนินการมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 2006 แล้วครับ โดยนำเอาเซ็นเซอร์ตรวจวัดสิ่งแวดล้อมต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความชื้น ความต้านทานไฟฟ้า แรงกด แรงดันน้ำ และ รอยแตก ไปติดตั้งเป็นเครือข่ายบริเวณ หินผาต่างๆ ของเทือกเขาแอลป์ โดยจะศึกษาเสถียรภาพของพื้นผิวหน้าผาเหล่านั้น ในฤดูกาลต่างๆ การเกิดน้ำแข็งเกาะ การละลายของน้ำแข็ง การเกิดรอยแตกในเนื้อหินจนถล่มลงมา ซึ่งทำให้ระบบเครือข่ายเซ็นเซอร์นี้ เป็นระบบเตือนภัยก็ได้ เป็นระบบเพื่อเก็บข้อมูลเพื่อนำไปวิเคราะห์วิจัยต่อก็ได้ นักวิจัยในโครงการนี้ยังได้รับความสนุกสนานเพลิดเพลินจากการเสี่ยงตาย นำเซ็นเซอร์ขึ้นไปติดตั้งบนหน้าผาสูง บางครั้งก็ต้องโรยตัวจากเฮลิคอปเตอร์ เพื่อไปยังจุดที่ไม่สามารถปีนเข้าไปได้

วันหลังมาคุยเรื่องนี้กันต่อครับ .....

Smart Dust - ฝุ่นฉลาด (ตอนที่ 2)

ในวงการวิจัยฝุ่นฉลาด เราฝันกันว่า สักวันหนึ่ง เราจะมีเซ็นเซอร์จิ๋ว ที่ประกอบด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ที่สมบูรณ์ในตัวเอง มีขนาดเพียงเม็ดทราย หรือ ผงฝุ่น เซ็นเซอร์เหล่านี้จำนวนมาก ถูกปล่อยออกไปตามที่ต่างๆ ลอยฟุ้งไปทั่ว เพื่อเก็บข้อมูลต่างๆ แล้วนำส่งข้อมูลเหล่านั้น มาให้คอมพิวเตอร์กลางประมวลผล เราจะมีข้อมูลสภาพแวดล้อมแบบเรียลไทม์ ของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นทั่วทุกมุมโลก เพื่อนำมาประมวลผล นำมาสู่ความเข้าใจสภาพความเป็นอยู่ของดาวเคราะห์ที่เราอาศัยอยู่นี้

10 ปีที่ผ่านมาของวงการวิจัยฝุ่นฉลาด ถึงแม้ขนาดของไมโครชิพวงจรสื่อสารไร้สายจะเล็กลงไปอย่างมาก ขนาดเพียงไม่กี่มิลลิเมตร แต่เมื่อมารวมเป็นอุปกรณ์ที่ทำงานได้สมบูรณ์ ก็ยังมีขนาดใหญ่อยู่ครับ เซ็นเซอร์ตรวจวัดดินและอากาศที่ผมนำไปติดตั้งในไร่องุ่น ก็ยังมีขนาดที่ใหญ่เกินไปกว่าที่จะเรียกว่าฝุ่น แต่นักวิจัยในวงการนี้หวังว่า ขนาดของวงจรและอุปกรณ์ที่เล็กลงไปเรื่อยๆ นี้ จะนำไปสู่ความฝันที่เราวาดไว้

ฝุ่นฉลาดประกอบด้วย 3 ส่วนสำคัญครับ คือ (1) หน่วยประมวลผล หรือ คอมพิวเตอร์จิ๋ว (2) เซ็นเซอร์ ที่ใช้เก็บข้อมูล เช่น อุณหภูมิ ความชื้น แสง เสียง ตำแหน่ง ความเร่ง การสั่นสะเทือน แรงกด และอื่นๆ อีกมากมาย (3) ตัวส่งสัญญาณวิทยุ (4) แหล่งพลังงาน โดยเจ้าฝุ่นฉลาดจะอาศัยพลังงานจากแบตเตอรี หรือ อาจจะเก็บเกี่ยวพลังงานภายนอกมาใช้ เช่น พลังงานแสงอาฑิตย์ พลังงานลม พลังงานจากคลื่นวิทยุ พลังงานที่เกิดจากการสั่นสะเทือน

แนวคิดเกี่ยวกับฝุ่นฉลาดแต่เริ่มเดิมทีนั้นมาจาก DARPA ซึ่งเป็นหน่วยงานให้ทุนวิจัยทางด้านกลาโหมของสหรัฐอเมริกา ทำให้ฝุ่นฉลาดรุ่นแรกๆ มักถูกออกแบบเพื่อให้สามารถใช้งานในสนามรบ ด้วยการเอาเจ้าฝุ่นฉลาดออกไปโปรยในแนวตั้งรับข้าศึก เจ้าฝุ่นฉลาดซึ่งติดเซ็นเซอร์ตรวจจับต่างๆ เช่น สนามแม่เหล็ก คลื่นสั่นสะเทือน ไมโครโฟน และ GPS จะเก็บข้อมูล การเคลื่อนไหวของยานพาหนะข้าศึก แล้วส่งตำแหน่งของยานพาหนะของฝ่ายตรงข้ามมายังศูนย์บัญชาการ ซึ่งสามารถชี้เป้าได้อย่างแม่นยำ โดยเครื่องบินทิ้งระเบิดแบบโปรย จะปล่อยลูกระเบิดที่มีลูกระเบิดเล็กๆ จำนวนมาก ที่วิ่งตรงเข้าใส่เป้าหมายโดยอาศัยการนำร่อง ทำให้สามารถกำจัดกองกำลังของข้าศึกก่อนที่จะมีการสู้รบเสียอีก การโปรยเจ้าฝุ่นฉลาดตามแนวเขตชายแดนที่กำลังเกิดข้อพิพาทกันนั้น ย่อมดีกว่าการฝังกับระเบิด เนื่องจากกับระเบิดมักจะถูกทิ้งไว้หลังจากสงครามจบลงไปแล้ว ข้อมูลจากองค์การยูนิเซฟระบุว่า ตลอดระยะเวลา 30 ปีที่ผ่านมานี้ กับระเบิดได้สังหารมนุษย์ไปกว่า 1 ล้านคนแล้ว โดยส่วนใหญ่เป็นเด็ก

วันหลังมาคุยเรื่องนี้กันต่อครับ ......

Smart Dust - ฝุ่นฉลาด (ตอนที่ 1)

สมัยที่ผมยังศึกษาระดับปริญญาตรีที่จุฬาฯ นั้น ผมมักได้ยินรุ่นพี่ชอบพูดใส่ผมเล่นๆ ว่า เรียนให้เก่งๆ นะว้อย ไม่งั้นเดี๋ยวจบไปได้ไปวิจัยฝุ่นหรอก บางที ผมก็จะแซวกลับไปว่า เออ ... จบไปแล้ว ผมจะไปวิจัยฝุ่นให้ดู ช่วงนั้น ผมเรียนๆ เล่นๆ ไม่ค่อยตั้งใจเท่าไหร่ครับ แต่ที่รอดมาได้เพื่อนผู้หญิง 2 คนซึ่งเป็นแหล่งข้อมูล lecture ให้ผมได้ถ่ายเอกสารเอามาอ่านทั้งเล่มก่อนสอบ เพื่อนผู้หญิงที่มีพระคุณกับผมมากๆ นั้น ตอนนี้ คนหนึ่งเป็นอาจารย์อยู่ที่ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี ส่วนอีกคนเป็นอาจารย์อยู่ที่จุฬาฯ ครับ

หลังจากที่ผมเรียนจบ ผมก็เรียนต่อไปอีกเรื่อยๆ จนกระทั่งจบปริญญาเอก เมื่อกลับมาเข้ารับราชการเป็นอาจารย์ที่มหาวิทยาลัยมหิดล ผมได้ทำวิจัยในหัวข้อต่างๆ หลายๆ เรื่อง ยกเว้นเรื่องฝุ่น ซึ่งผมเพิ่งจะมีโอกาสได้วิจัยมันเมื่อไม่กี่ปีมานี้เองครับ ผมได้พบว่ารุ่นพี่ของผมนั้นพูดไม่ถูกต้องเท่าไหร่ครับ เพราะจริงๆ แล้ว ต้องขยันเรียนให้เก่งๆ ครับ ถ้าอยากจะวิจัยฝุ่น เพราะขณะนี้ งานวิจัยทางด้านฝุ่นฉลาด หรือ Smart Dust ต้องการความก้าวหน้าในหลายๆ ศาสตร์มากครับ ผมจะทยอยเอาความก้าวหน้าทางด้านนี้มาเล่าให้ฟังเรื่อยๆ เป็นตอนๆ ไปนะครับ

ผู้ที่วิจัยฝุ่นประสบความสำเร็จคนแรก และเป็นคนที่ทำให้วงการวิจัยฝุ่น ผงาดในเวทีโลก ก็คือ ศาสตราจารย์ คริสโตเฟอร์ พิสเตอร์ (Professor Kristofer Pister) แห่งภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบอร์คลีย์ โดยในปี ค.ศ. 2001 ท่านได้เปิดปูมแนวคิดเกี่ยวกับฝุ่นฉลาด ซึ่งเป็นอุปกรณ์จิ๋ว ที่บรรจุวงจรไฟฟ้าขนาดเล็ก เซ็นเซอร์ เครื่องกลจิ๋ว แหล่งพลังงาน อุปกรณ์สื่อสาร โดยเจ้าฝุ่นนี้จะสามารถสื่อสาร แลกเปลี่ยนข้อมูล และทำงานประสานงานกัน เป็นระบบเครือข่ายไร้สาย ซึ่งฝุ่นแต่ละเม็ดจะทำงานประสานกันเป็นฝูง รู้จักหลับเพื่อประหยัดพลังงานและตื่นเมื่อถูกเรียกใช้ เมื่อฝุ่นตัวใดตัวหนึ่งเสียหายจนไม่สามารถทำงานได้ ตัวที่เหลือจะสร้างเครือข่ายใหม่ เพื่อให้ระบบยังสามารถทำงานต่อได้ ฝุ่นฉลาดสามารถถูกออกแบบให้ซ่อมแซมตัวเองได้

ปัจจุบันศาสตราจารย์ พิสเตอร์ ได้ตั้งบริษัทขึ้นมามีชื่อว่า Dust Networks บริษัทนี้ทำการวิจัยและพัฒนาฝุ่นฉลาดเพื่อใช้ในงานทางด้าน โรงงานอัจฉริยะ (Smart Plant) อาคารอัจฉริยะ (Smart Building) เมืองอัจฉริยะ (Smart City) ระบบส่งไฟฟ้าฉลาด (Smart Grid)

แล้วมาคุยเรื่องนี้ต่อนะครับ .....

Bionic Insect - แมลงชีวกล (ตอนที่ 7)

แมลงเป็นสิ่งมีชีวิตที่น่าทึ่ง มันมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง ผมแอบหลงใหลความเจ๋งของมันมาตั้งแต่เด็กๆ สมัยเรียนปริญญาตรีผมเกือบจะไปเรียนทางด้านนี้แล้วครับ แต่ก็ไม่ได้เรียน เพราะหลักสูตรชีววิทยาเมืองไทยทำได้น่าเบื่อมากครับ ผมเลยโชคดีที่ไม่ได้เรียนเรื่องนี้ แต่อย่างว่าแหล่ะครับ ศตวรรษที่ 21 เป็นศตวรรษของชีววิทยา ในที่สุดผมก็ได้กลับมาหาชีววิทยาอีกครั้ง แต่ครั้งนี้ ชีววิทยาไม่ได้น่าเบื่ออีกต่อไป .......

กลุ่มวิจัยหนึ่งที่เกาะติดในเรื่องความแก่งของแมลงมานาน 30 ปี ก็คือกลุ่มของ ศาสตราจารย์ เรียวเฮอิ คันซากิ (Professor Ryohei Kanzaki) สังกัดศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีก้าวหน้า มหาวิทยาลัยโตเกียว (Tokyo University's Research Center for Advanced Science and Technology) ก่อนหน้านี้ ท่านสนใจที่จะศึกษาสมองมนุษย์ เพื่อที่จะหาทางรักษาสมองที่ถูกทำลายโดยโรคภัยไข้เจ็บ และอุบัติเหตุ เพื่อที่จะเข้าใจสมองมนุษย์ ท่านได้ย่อขนาดของการศึกษาลงมาที่แมลง ทำไปทำมา ท่านเลยกลายมาเป็นกลุ่มแนวหน้าในศาสตร์ของแมลงชีวกลในตอนนี้ไปแล้ว

สมองคนเรานั้นมีเซลล์ประสาทประมาณ 1,000 ล้านเซลล์ ในขณะที่แมลงมีเพียงประมาณ 100,000 เซลล์เท่านั้น แต่สมองกระจิดริ๊ดของมันก็ทำอะไรได้หลายอย่าง แมลงไหมตัวผู้สามารถสะกดรอยตามตามตัวเมีย ได้จากระยะทางไกลเป็นกิโลเมตร โดยอาศัยการตามกลิ่นฟีโรโมน สมองน้อยๆของมันช่วยในการควบคุมการบินผาดโผนตามจับแมลงตัวอื่นๆกินเป็นอาหาร โดยเฉพาะในเรื่องซอฟต์แวร์ที่ใช้ในการบินของมันนั้น ต้องยอมรับว่าคนเรายังต้องเรียนรู้อีกเยอะ เพื่อจะสร้างอากาศยานที่มีความสามารถแบบนั้น ศาสตราจารย์คันซากิกล่าวอย่างมีความหวังว่า "ในอนาคตผมคิดว่า เราจะสามารถสร้างสมองของแมลงจากวงจรอิเล็กทรอนิกส์" ซึ่งนี่อาจจะเป็นก้าวแรกในการนำวงจรอิเล็กทรอนิกส์ไปใส่ในสมองมนุษย์ก็ได้ครับ

ศาสตราจารย์คันซากิประสบความสำเร็จในการดัดแปรพันธุกรรมของแมลงไหม ทำให้มันตอบสนองต่อแสงแทนการตอบสนองต่อกลิ่น หรือตอบสนองต่อกลิ่นของแมลงพันธุ์อื่น ซึ่งในอนาคตอาจจะใช้แมลงชีวกลนี้ในการสืบหายาเสพติด หรือวัตถุระเบิดได้ ท่านได้ทำการทดลองเอาแมลงมายืนอยู่บนลูกกลิ้งที่สามารถหมุนอย่างอิสระได้ ซึ่งจะไปควบคุมการขับเคลื่อนของรถ (เหมือนกับเอาแมลงไปขับรถ แต่เป็นรถสำหรับแมลง) หากแมลงทำขาขยับจะเดินไปทางไหน รถก็จะขยับไปทางนั้น ปรากฎว่าสักพักแมลงจะเรียนรู้ในการบังคับรถได้

อาจารย์คันซากิ ยังกล่าวต่อด้วยประกายความคิดที่น่าตื่นเต้นว่า "ลองนึกถึงคนเราเองสิครับ เวลาเราเดินด้วยขาสองข้าง ก็ทำได้เพียงประมาณ 5-6 กิโลเมตรต่อชั่วโมงเท่านั้น แต่พอขึ้นไปขับรถ เราสามารถบังคับมันให้วิ่งไปได้เร็วถึง 100 กิโลเมตรต่อชั่วโมง มันน่าทึ่งนะครับ ที่เราสามารถเร่ง เบรค และขับรถหลบหลีกสิ่งต่างๆ ได้ที่ความเร็วขนาดนั้น สมองของเราได้เปลี่ยนรถยนต์ให้เป็นส่วนหนึ่งของร่างกายเรา ผมคิดว่าแมลงก็น่าจะทำอย่างนั้นได้ เราน่าจะทำให้สมองของมันบังคับยานพาหนะที่เหมาะสมกับพวกมันได้ มันคงไม่น่าสนใจหรอกครับ หากเราสร้างแมลงหนอนหุ่นยนต์ที่คลานช้าๆเหมือนหนอนตัวจริง เพราะฉะนั้น ที่เราควรทำคือสร้างของปลอมที่ทำได้ดีกว่าของจริงต่างหาก"

Bionic Insect - แมลงชีวกล (ตอนที่ 6)

วันนี้ผมขอเล่าเรื่องแมลงชีวกลกันต่อนะครับ อย่างที่ผมเคยบอกในตอนก่อนๆล่ะครับว่า ความสนใจในเรื่องของแมลงชีวกลมีมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องมาจากความสนใจในภาพรวมของเรื่อง Hybridized Machine-Life หรือ Man-Machine Interface หรือ การบูรณาการความเป็นจักรกลเข้ากับสิ่งมีชีวิต แต่การเอาจักรกลไปทำกับคน ต้องผ่านเรื่องจริยธรรมเยอะแยะ นักวิจัยส่วนหนึ่งเลยหันไปทำวิจัยเรื่องนี้กับแมลง เพราะไม่ต้องไปขออนุญาตคณะกรรมการ แมลงเป็นสัตว์หาง่าย เลี้ยงง่าย เพาะง่าย ไม่ต้องการพื้นที่เลี้ยงอะไรมากมาย

กระทรวงกลาโหมของสหรัฐฯ ได้จัดให้มหาวิทยาลัยต่างๆ ที่ได้รับทุนวิจัยเรื่องนี้แข่งกันพัฒนาเทคโนโลยี ที่ใช้แนวคิดและระเบียบวิธีวิจัยไม่เหมือนกัน เป้าหมายแรกคือ การทำให้เจ้าแมลงกึ่งจักรกลนี้บินไปสู่เป้าหมายที่กำหนดในระยะ 100 เมตร โดยกำหนดให้ผิดพลาดได้ไม่เกิน 5 เมตร ตอนนี้มีแข่งกัน 3 วิธีครับคือ (1) ใช้สัญญาณวิทยุควบคุมให้แมลงเข้าไปยังที่หมาย ซึ่งวิธีนี้มีความเสี่ยงที่ข้าศึกจะสามารถตรวจจับการใช้สัญญาณวิทยุได้ (2) ใช้ GPS เพื่อนำทางแมลงชีวกลให้บินเข้าไปสู่เป้าหมาย (3) ใส่คำสั่งล่วงหน้าไว้ในชิพที่ควบคุมแมลง เพื่อทำให้แมลงบินไปตามแผนคำสั่ง เช่น บินไป 50 เมตร แล้วเลี้ยวขวา จากนั้นไปต่ออีก 50 เมตร เป็นต้น ซึ่งแต่ละวิธีก็มีข้อได้เปรียบเสียเปรียบ

แต่ละทีมที่แข่งกันก็มีวิธีในการบังคับแมลงไม่เหมือนกันด้วย บางทีมจะจิ้มอิเล็กโทรดเข้าไปที่กล้ามเนื้อของแมลงโดยตรง ซึ่งจะสามารถบังคับแมลงให้บินช้าบินเร็ว เลี้ยวซ้ายเลี้ยวขวาได้โดยตรง แต่บางทีมใช้วิธีจิ้มอิเล็กโทรดทั้งที่ประสาทที่ควบคุมกล้ามเนื้อ พร้อมๆกับที่กล้ามเนื้อด้วย นั่นคือ การไปบังคับที่ส่วนสมองของมันด้วย

ที่กล่าวมาทั้งหมดนั้น เป็นเรื่องของการเอาจักรกลจิ๋ว (MEMS) ไปควบคุมแมลงครับ แต่ยังมีอีกแนวคิดหนึ่ง คือการเอาระบบสมองของแมลงไปควบคุมจักรกลหรือหุ่นยนต์ ว่างๆจะนำเรื่องนี้มาเล่าให้ฟังครับ

Bionic Insect - แมลงชีวกล (ตอนที่ 5)

วันนี้มาพูดเรื่องแมลงกันอีกนะครับ ช่วงนี้หน้าฝน พอหลังฝนตก แมลงชอบมาตอมไฟ เช้าก็ต้องมากวาดกัน วันนี้ผมเลยต้องขอคุยต่อเกี่ยวกับโครงการที่จะเปลี่ยนแมลงให้เป็นครึ่งสัตว์ครึ่งจักรกล

วิธีที่เขาใช้ในการสร้างแมลงชีวกลมักจะเริ่มตั้งแต่แมลงยังเป็นตัวอ่อนที่เรียกว่า larvae หรือตัวหนอน ซึ่งกระบวนการเปลี่ยนแปลงจากตัวหนอนไปเป็นแมลงนี้มีชื่อว่า metamorphosis ฟังดูคุ้นๆมั๊ยครับ นักวิจัยจะทำการฝังอุปกรณ์จักรกลจุลภาคหรือ MEMS เข้าไปในดักแด้ของแมลง เพื่อที่จะทำให้อุปกรณ์นั้นเกิดการเชื่อมต่อกับอวัยวะของแมลง ตั้งแต่ช่วงที่เป็นดักแด้นี่แหล่ะครับ โดยมากเขาก็จะเน้นการเชื่อมต่อกับระบบประสาท และระบบกล้ามเนื้อของมัน เมื่อดักแด้พัฒนาไปสู่แมลงตัวเต็มวัย มันจะไม่รู้สึกว่าอุปกรณ์ MEMS ที่ใส่เข้าไปนี่เป็นสิ่งแปลกปลอม แน่นอนว่าเจ้าอุปกรณ์ MEMS ที่ปลูกเข้าไปในตัวแมลง จะต้องมีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา

ตอนแรกผมก็คิดว่าทหารสหรัฐฯ เขาคงทำเรื่องนี้เล่นๆ สนุกๆ แต่ปรากฏว่า เพนทากอนได้ทำสัญญาว่าจ้างทั้งบริษัทเอกชน และมหาวิทยาลัยหลายแห่ง ให้พัฒนาแมลงชีวกลหลากหลายจำพวก นี่แสดงให้เห็นว่ากองทัพสหรัฐฯ ซีเรียสเรื่องนี้จริงๆครับ และเพื่อความไม่ประมาท เพนทากอนพยายามกระจายความเสี่ยงด้วยการหว่านโปรเจ็คต์ไปหลายๆ ที่ เพื่อถ้าหากมหาวิทยาลัยไหนทำแล้วไม่สำเร็จ ก็ยังมีที่อื่นที่อาจจะทำได้ ตัวอย่างหนึ่งที่น่าสนใจก็คือ เพนทากอนได้ว่าจ้างบริษัท Agiltron Corporation ให้พัฒนาเทคโนโลยีการปลูกถ่ายอุปกรณ์ MEMS ที่ทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์ตรวจวัดก๊าซ เข้าไปในตัวอ่อนแมลง โดยเซ็นเซอร์นี้จะอาศัยพลังงานจากการเก็บเกี่ยวคลื่นวิทยุที่มีอยู่ทั่วไปในอากาศ

เรื่องนี้ยังไม่จบนะครับ ..... วันหลังผมจะมาเล่าให้ฟังต่อนะครับ .....

Bionic Insect - แมลงชีวกล (ตอนที่ 4)

ภรรยาผมเป็นคนที่ไม่ชอบแมลงเอาเสียเลย ในขณะที่เจ้าลูกชายของผมนั้นชอบจับมันมาขัง มาเลี้ยง มาเล่น มาศึกษา ส่วนตัวผมเองนั้นชอบสะสมแมลงของเล่นทุกอย่าง เพราะมันน่ารักดี วันก่อนผมไปที่ NECTEC ได้ไปคุยกับ ดร. อดิสร และ ดร. วิบูลย์ ก็ปรึกษากันว่า ทำไมเราไม่ทำเรื่องแมลงชีวกลกันบ้าง ไปจับแมลงมาฝัง microchip กันดูบ้าง ทำกับแมลงง่ายกว่าทำกับหนู เพราะไม่ต้องไปขออนุญาตใคร แมลงมีเยอะแยะไปหมด ไม่ต้องไปทำเรื่องจริยธรรมการทดลองในสัตว์ เพราะแมลงเป็นสัตว์ชั้นต่ำ (แต่เจ๋ง) จะหาก็ง่าย จะจับก็ง่าย จะเลี้ยงก็ง่าย แต่พอมาถึงคำถามที่ว่า จับมันมาทดลองแล้วมันตายจะบาปมั๊ย ? สุดท้ายไม่มีใครตอบได้ ก็เลยตกลงกันว่าอย่าเพิ่งทำเรื่องนี้เลย ไปทำอย่างอื่นก่อนดีกว่า ........

โลกเราถูกปกครองด้วยแมลงครับ มันเป็นสิ่งมีชีวิตที่หาง่ายที่สุดในโลก เฉพาะชนิดพันธุ์ของมันก็ยังไม่รู้ว่ามีเท่าไหร่กันแน่ ประมาณว่าน่าจะมีแมลงอยู่ทั้งหมด 6-10 ล้านชนิด ซึ่งจำแนกได้แล้ว 1 ล้านชนิด ดังนั้นใครอยากจะเป็นศาสตราจารย์แมลง ก็แค่ไปหาว่าที่เหลืออยู่ที่ไหน ซึ่งไม่ยากเพราะยังมีอีกเยอะ ว่ากันว่าแมลงครอบครอง 90% ของจำนวนชนิด (species) ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด

โครงการ HI-MEMS (Hybrid Insect Micro-Electro Mechanical Systems) ของ DARPA หน่วยงานให้ทุนด้านกลาโหมของสหรัฐฯ กำลังจะนำแมลงมาใช้เป็นอาวุธในการสงครามสมัยใหม่ เป้าหมายของโครงการวิจัยก็คือ สร้างเทคโนโลยีที่สามารถผนวกจักรกลจุลภาค (MEMS) เข้าไปในกายวิภาคและระบบประสาทของแมลง เพื่อควบคุมและใช้งานแมลง ทีนี้ก็จะอาจจะมีคำถามขึ้นมาว่า แมลงตัวน้อยเนี่ยนะ มันจะมีประโยชน์อะไร?

คำตอบก็คือ DARPA เขาต้องการเอาแมลงชีวกลนี้ไปใช้เพื่อ (1) ลาดตระเวณในเมือง เพื่อสืบราชการลับและเก็บข้อมูล (2) แทรกซึมเข้าไปในฐานที่ตั้งของข้าศึก (3) ตามหาเป้าหมายที่ต้องการ เช่น การหาตำแหน่งที่แน่นอนของพลซุ่มยิงฝ่ายศัตรู หาตำแหน่งของหัวหน้าผู้ก่อการร้าย หรือ เก็บภาพจุดที่จะเข้าจู่โจม (4) ใช้บรรทุกสัมภาระซึ่งอาจเป็นอุปกรณ์ หรือ สารเคมี หรือ สารชีวภาพ เพื่อภารกิจบางอย่าง (5) ใช้ไปเก็บตัวอย่างในพื้นที่เสี่ยง เช่น ตัวอย่างดิน ตัวอย่างน้ำ

หาก DARPA จะเกณฑ์แมลงมาเป็นทหารจริงๆ อุปสรรคที่ DARPA จะต้องเผชิญก็มีมากมายเหมือนกันที่ต้องแก้ เช่น แมลงส่วนใหญ่ชอบไฟ ดังนั้นต้องควบคุมไม่ให้มันหลงไฟ นอกจากนั้นพวกมันยังกำจัดได้ง่ายมาก โดยใช้ยาฆ่าแมลง หลายๆ คนอาจจะคิดว่ามันทนทายาด แต่จริงๆแล้วผมขอบอกว่า แมลงกำจัดง่ายมาก ขอให้มียาฆ่าแมลงสูตรเข้มข้นก็พอ

วันหลังผมจะนำความก้าวหน้าทางด้านนี้มาเล่าให้ฟังอีกครับ ......

Crash Avoidance Technology - เทคโนโลยีหลีกเลี่ยงการชน

ว่ากันว่า พัฒนาการด้านยานยนตร์ในทศวรรษถัดไป นอกจากจะมุ่งไปที่การทำให้รถยนต์สามารถใช้พลังงานทางเลือกได้หลากหลายแล้ว ในเรื่องของระบบความปลอดภัยกำลังจะเป็นหัวข้อที่มาแรง เนื่องจากพัฒนาการทางด้านเซ็นเซอร์แบบ MEMS (Microelectromechanical Systems) ที่ก้าวหน้าขึ้นในราคาถูกลง ปกติเซ็นเซอร์แบบนี้ก็ใช้เพื่อเปิดระบบถุงลมนิรภัยอยู่แล้ว แต่ตอนนี้มันกำลังจะเข้าไปอยู่ในล้อ เพื่อตรวจวัดความดันลมยางแบบไร้สายครับ ทำให้ผู้ขับขี่รู้สถานภาพความดันลมยาง ณ เวลาจริง

อีกก้าวที่สำคัญคือเทคโนโลยีในการหลีกเลี่ยงการชน ซึ่งจะทำให้รถยนต์มีความปลอดภัยก้าวไปอีกขั้นเลย เมื่อเดือนสิงหาคม 2008 ที่ผ่านมาบริษัทวอลโว่ ได้นำเอารถยนต์ Volvo XC60 ไปแสดงในงานมอเตอร์โชว์ที่ซิดนีย์ ซึ่งติดตั้งระบบการหลีกเลี่ยงชนท้ายรถยนต์คันหน้าที่ถูกตั้งชื่อว่า "City Safety" ซึ่งจะเหมาะกับการขับรถในเมืองซึ่งใช้ความเร็วไม่สูงนัก ระบบนี้จะเปิดตัวเองเมื่อรถยนต์ที่เราขับกับรถยนต์คันหน้า มีความเร็วแตกต่างกันน้อยกว่า 15 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ในระยะ 6 เมตร ซึ่งก็จะเกิดขึ้นเมื่อเราขับรถจี้ก้นรถคันหน้าใกล้ๆ มันจะคอยตรวจวัดรถคันหน้าด้วยแสงเลเซอร์ และเมื่อมันรู้สึกว่ารถของเรากำลังจะพุ่งเข้าใส่รถคันหน้าจนมีเกิดการชน มันจะทำการเบรคทันที วอลโวยอมรับว่าผู้ขับขี่ไม่ควรวางใจระบบนี้ จนทำให้เกิดการประมาท เพราะระบบอาจทำงานไม่ทันในกรณีที่รถที่ติดตั้งระบบนี้พุ่งเข้าหารถคันหน้าอย่างเร็วเกินกว่าจะเบรคทัน ซึ่งในกรณีนี้หากเกิดการชนขึ้น การมีระบบนี้ก็จะลดความรุนแรงของอุบัติเหตุลงได้

ผมจะมาเล่าต่อในเรื่องนี้อีกครับ เพราะรถยนต์กำลังจะเป็น Intelligent System ลำดับแรกๆ ในชีวิตประจำวันของเราครับ ..........

มาเลเซียจับมือบริษัทซอฟต์แวร์ยักษ์ ดัน Precision Agriculture

MIMOS ซึ่งเป็นหน่วยงานวิจัยระดับชาติของมาเลเซีย ซึ่งมีลักษณะงานคล้ายๆ NECTEC ของเรานี่แหล่ะครับ เขาได้ออก มาประกาศเมื่อช่วงต้นปีนี้ว่า เขาจะลุยงานทางด้านเกษตรแม่นยำสูง หรือ Precision Agriculture อย่างจริงจัง โดยจะนำนวัตกรรมทางด้านจักรกลจิ๋ว (MEMS) ที่เขากำลังซุ่มพัฒนาอยู่ไปใช้ในฟาร์มและไร่นา ไมโครชิพเกษตรที่เขาพัฒนาขึ้นมานี้ สามารถตรวจน้ำในดิน ค่าความเป็นกรด-ด่าง อุณหภูมิ เป็นต้น แต่เขารู้ดีว่าหัวใจของเกษตรแม่นยำสูงนั้นอยู่ที่การ ประมวลผลข้อมูลแบบเรียลไทม์ เขาจึงจับมือกับบริษัท Oracle ภายใต้โครงสร้างพื้นฐานที่เรียกว่า KnowledgeGrid Malaysia Initiatives โดยจะเชื่อมโยงข้อมูลจากเซ็นเซอร์เข้ามาอยู่ในระบบฐานความรู้ เพื่อใช้ในการประมวลผลความรู้ เจ้ากริดความรู้ตัวนี้จะปล่อยให้ชาวนา ชาวไร่ ได้เข้ามาใช้ เหมือนระบบกริดน้ำ ไฟ ที่เป็นโครงสร้างพื้นฐานของสาธารณะ Dr. Datuk Abdul Wahab ซึ่งเป็นประธาน MIMOS (ซึ่งเทียบได้กับ ท่านอาจารย์พันธ์ศักดิ์ ผอ. NECTEC ของเรา) ได้กล่าว ว่า "ศักยภาพเชิงพาณิชย์ของระบบเซ็นเซอร์กริดทางการเกษตร ในมาเลเซียนี่มีสูงมากครับ เพราะจริงๆแล้ว เศรษฐกิจพื้น ฐานของมาเลเซียก็ยังพึ่งเกษตรอยู่มากเลยครับ" เมื่อถามว่าจะทำตลาดระบบเซ็นเซอร์กริดอย่างไร เขาตอบว่าจะนำเอาระบบนี้ไปใช้กับอุทยานเกษตรใหญ่ๆ ก่อน เช่น สวนยางขนาดใหญ่ และสวนปาล์มขนาดใหญ่ จากนั้นก็จะค่อยๆ นำไปใช้ในไร่นาขนาดเล็กลง

Sensor Web - การมาถึงของเว็บเวอร์ชัน 2.0

เมื่อประมาณ 10 ปีมาแล้ว มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย เบอร์คลีย์ (UC Berkeley) ได้เริ่มพัฒนาระบบเครือข่ายแบบไร้สาย ที่สามารถคุยกันและทำงานร่วมกันแบบไม่ต้องคำนึงว่าที่ตั้งของแต่ละอุปกรณ์ (หรือโหนด) แต่ละตัวจะอยู่ตรงไหน ขอเพียงให้มีโหนดอย่างน้อย 2 โหนดอยู่ในรัศมีที่สามารถคุยกันถึง เครือข่ายทั้งก้อนก็จะสามารถทำงานได้ในรัศมีที่กว้างไกลไม่สิ้นสุด ยกตัวอย่างหากมีเซ็นเซอร์อยู่ 20 ตัว แต่ละตัวมีรัศมีทำการได้ 200 เมตร เราสามารถนำเซ็นเซอร์มาวางเรียงกันได้ความยาว 4 กิโลเมตร โดยเซ็นเซอร์แต่ละตัวสามารถคุยข้ามไปยังเซ็นเซอร์ตัวไหนก็ได้ ดังนั้นหากเซ็นเซอร์ตัวใดตัวหนึ่งเชื่อมโยงกับเครือข่ายภายนอก เช่น เอา Pocket PC มาจ่อที่เซ็นเซอร์ตัวใดตัวหนึ่ง ก็สามารถดาวน์โหลดข้อมูลทั้งหมดที่เซ็นเซอร์แต่ละตัวบันทึกไว้ออกมาได้หมด เครือข่ายเหล่านี้ยังมีความสามารถในการรักษาตัวเอง (Self Healing) เช่น หากมีโหนดใดหยุดทำงานไป มันก็จะพยายามติดต่อกับตัวที่เหลือแล้วสร้างแผนที่เครือข่ายขึ้นใหม่

เมื่อครั้งที่ UC Berkeley เริ่มพัฒนาโครงการดังกล่าว ขนาดของโหนดเซ็นเซอร์มีขนาดใหญ่เท่าบัตรเครดิต ปัจจุบันสามารถลดขนาดลงไปเท่าเหรียญบาทจนถึงเม็ดถั่ว จนได้รับการขนานนามว่า ขี้ผงอัจฉริยะ (Smart Dust) ในอนาคตวงจรต่างๆ ของเจ้าขี้ผงนี้ยังมีโอกาสที่จะย่อส่วนลงไปเรื่อยๆ ซึ่งหากทำให้เล็กลงไปได้ถึงระดับนาโนเมื่อไหร่ ก็คงจะมีความคล้ายคลึงกับฝุ่นนาโนในนิยายวิทยาศาสตร์เรื่อง Prey ซึ่งแต่งโดยไมเคิล ไครตัน

เซ็นเซอร์ใยแมงมุมเป็นเทคโนโลยีก่อกำเนิดที่จะส่งผลกระทบต่อเทคโนโลยีตัวอื่นๆ เช่น RFID (Radio Frequency Identification) ซึ่งกำลังนำมาใช้ในเชิงการค้าซึ่งจะทำให้สินค้าทุกชิ้นถูกตรวจสอบได้ตั้งแต่ผู้ผลิตไปจนถึงการใช้งาน จนกระทั่งถูกทิ้งเป็นขยะ เป็นต้น มันยังจะไปช่วยทำให้เทคโนโลยีด้านเกษตรก้าวหน้า (Advanced Farming) พัฒนาขึ้นไปอีกระดับ ทั้งนี้ได้มีผู้ทดลองนำเซ็นเซอร์ใยแมงมุมไปใช้ในไร่องุ่น เพื่อควบคุมการปล่อยน้ำและอาหาร เซ็นเซอร์สามารถถูกโปรแกรมจากในบ้านของเจ้าของไร่ผ่านทาง Wi-Fi แต่ละโหนดจะหลับอยู่เกือบตลอดเวลาและจะตื่นขึ้นมาในเวลาที่ตั้งไว้ (เพื่อประหยัดพลังงาน) เพื่อเก็บข้อมูลที่ต้องการ เช่น อุณหภูมิ ความชื้น ความเข้มแสง โมเลกุลเคมี เป็นต้น ทางกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ กำลังออกแบบเซ็นเซอร์ใยแมงมุมเพื่อนำไปใช้ควบคุมอาวุธในสนามรบ เช่น ใช้เซ็นเซอร์ใยแมงมุมวางไว้ทั่วบริเวณชายแดน แทนที่จะใช้กำลังทหารเพื่อเฝ้าเขตแดน

Sensor Web จึงเป็นจุดกำเนิดของ Web Version 2.0 อย่างแท้จริง หาใช่ YouTube อย่างที่เข้าใจผิดกันไม่ เมื่อเทคโนโลยีนี้พัฒนาเบ่งบานเต็มที่ มนุษย์จะสื่อสารกับเซ็นเซอร์ และเซ็นเซอร์ก็จะสื่อสารกับเซ็นเซอร์ รวมไปถึงจักรกลอื่นๆได้ทางอินเตอร์เน็ต โลกทั้งใบจะสามารถถูกเฝ้ามองได้อย่างทั่วถึง

(ภาพบนสุด - เครือข่ายเซ็นเซอร์ใยแมงมุม ที่มีความสามารถในการเฝ้ามอง เก็บข้อมูล แลกเปลี่ยนสื่อสารระหว่างกัน บนเครือข่ายอินเตอร์เน็ตที่เราคุ้นเคยกันดี ทำให้ต่อไปโลกทั้งใบจะอยู่บนหน้าจอของคุณที่ใดก็ได้)

นาโน โนเบล (ตอนที่ 5)

ถ้าฟายน์แมน (Richard P. Feynman) เป็นบิดาแห่งนาโนเทคโนโลยี บินนิก (Gerd Binnig) และโรห์เออร์ (Heinrich Roher) ก็เป็นผู้ที่ทำให้นาโนเทคโนโลยี เป็นอย่างที่มันเป็นในทุกวันนี้ สิ่งประดิษฐ์ที่เกิดขึ้นอย่างไม่ได้ตั้งใจ จนทำให้ท่านทั้งสองได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ในปีค.ศ. 1986 คือกล้องจุลทรรศน์ทันเนลลิงแบบส่องกราด (Scanning Tunneling Microscope หรือ STM) นั้นได้ทำให้ความฝันของมนุษย์ที่อยากรู้อยากเห็นมานานว่า อะตอมมีรูปร่างอย่างไรเกิดเป็นจริงขึ้นมาได้ จนอาจกล่าวได้ว่ากล้องจุลทรรศน์ที่ท่านประดิษฐ์ขึ้นมานั้น เป็นเสมือนดวงตาของนาโนเทคโนโลยี


STM ทำงานโดยการสแกนพื้นผิวด้วยหัวเข็มที่แหลมมากๆ แหลมจนกระทั่งปลายหัวเข็มนั้นมีเพียงแค่อะตอมเดียวเท่านั้น โดยปลายหัวเข็มจะมีศักย์ไฟฟ้า อิเล็กตรอนบนหัวเข็มจะเกิดการลอดอุโมงค์ศักย์ ข้ามไปสู่พื้นผิว ซึ่งสัญญาณไฟฟ้าจะปรากฎขึ้นตามลักษณะของอะตอมบนพื้นผิวนั้น ได้มีการนำภาพ “เสมือน” ของอะตอมชนิดต่างๆ ซึ่งเกิดจาก STM ไปเปรียบเทียบกับภาพที่ได้จากการคำนวณด้วยกลศาสตร์ควอนตัม พบว่ามีความคล้ายคลึงหรือเหมือนกันมาก การค้นพบของบินนิกจึงเป็นการพิสูจน์รูปร่างของอะตอมจากทฤษฎีควอนตัม และเป็นครั้งแรกที่การพิสูจน์ทำได้ด้วยการ “มอง”


ภายหลังการประดิษฐ์ STM ในปี ค.ศ. 1981 ได้ 4 ปี บินนิกและทีมงานได้พัฒนาสิ่งประดิษฐ์อีกชนิดหนึ่งคือ กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (Atomic Force Microscope หรือ AFM) ซึ่งเป็นสิทธิบัตรที่ทำรายได้ให้แก่บริษัทไอบีเอ็ม ที่ท่านสังกัดอยู่เป็นอย่างมาก AFM ทำงานคล้ายคลึงกับ STM เพียงแต่หัวเข็มจะสแกนไปบนพื้นผิวโดยให้สัญญาณเป็นแรงอ่อนๆ ในระดับนาโน ทำให้สามารถตรวจวัดพื้นผิวที่ไม่จำเป็นต้องนำไฟฟ้า นอกจาก AFM ไม่ต้องทำงานในสุญญากาศแล้ว มันยังสามารถตรวจวัดพื้นผิวในสภาพของเหลวได้ด้วย AFM มีความง่ายในการใช้งาน ตัวอย่างที่นำมาตรวจวัดไม่ต้องมีการเตรียมการที่ยุ่งยากเหมือนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน แม้แต่นักเรียนมัธยมศึกษาของประเทศสหรัญอเมริกาก็มีความสามารถจะใช้เครื่องมือชนิดนี้ และด้วยราคาที่ถูกกว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมาก (กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนราคาประมาณ 15-20 ล้านบาท กล้อง AFM ราคาประมาณ 2-6 ล้านบาท) ทำให้มันได้เข้าไปครอบครองพื้นที่ในหน่วยวิจัยและปฏิบัติการทดลองทางด้านนาโนเทคโนโลยีทั่วโลก เฉพาะที่ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติเองก็มีเครื่อง AFM ถึง 3 เครื่อง มหาวิทยาลัยใหญ่ๆ ในประเทศไทย เช่น จุฬาฯ มหิดล มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ต่างมีใช้ในห้องปฏิบัติการทางนาโนเทคโนโลยี


นับตั้งแต่วันที่ท่านได้รับรางวัลโนเบล ตราบถึงวันนี้ศาสตราจารย์บินนิก ยังคงทำงานที่ท่านรักอยู่ที่ IBM Zurich ท่านกำลังพัฒนาอุปกรณ์เก็บข้อมูลชนิดใหม่ที่เรียกว่า Millipede ซึ่งมีหัว AFM บรรจุอยู่ 1,000-4,000 หัว ทำงานบันทึกและอ่านข้อมูล โดยการเจาะหัวเข็มลงไป (Nano-indentation) บนพอลิเมอร์ หน่วยเก็บความจำชนิดนี้ เมื่อนำไปใส่ใน Thumb Drive ที่พวกเราชอบใช้กัน ก็จะทำให้ความจุเพิ่มขึ้นเป็นระดับ 200 กิกะไบต์เลยทีเดียว อวสานของฮาร์ดดิสก์ดูเหมือนใกล้จะมาถึงในไม่ช้าแล้ว ด้วยผลงานของนักวิทยาศาสตร์โนเบลคนนี้



(ภาพบน - จากซ้ายมาขวา Heinrich Roher และ Gerd Binnig)

(ภาพล่าง - Millipede ก็คือ AFM มายืนเรียงแถวกันทำงาน)

ไทยต้องข้ามยุคนาโนวัสดุให้ได้ ก่อนแพ้เพื่อนบ้าน

วิทยาศาสตร์โลกในช่วงขึ้นศตวรรษใหม่นั้นมีการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ เช่นกัน ศาสตร์ใหม่ๆ ที่มีผลกระทบสูงล้วนเกิดจากการแต่งงานข้ามศาสตร์ของสาขาวิชาการที่อาจจะแยกกันอยู่มายาวนาน เช่น อินทรีย์อิเล็กทรอนิกส์ หรือ โมเลกุลาร์อิเล็กทรอนิกส์ (Organic Electronics / Molecular Electronics) นั้นเกิดจากการแต่งงานกันระหว่าง เคมีอินทรีย์ ฟิสิกส์ และ วิศวกรรมไฟฟ้า ดังนั้นการทำงานในศาสตร์ใหม่ๆ นั้นจึงต้องอาศัยความร่วมมือระหว่างนักวิจัยในศาสตร์เดิมหลายๆสาขา รวมไปถึงการเรียนรู้ที่จะทำงานข้ามศาสตร์ของนักวิจัยเพื่อที่จะข้ามไปทำในเรื่องที่ตัวเองไม่เคยทำมาก่อนหรือไม่เคยรู้มาก่อน


นาโนเทคโนโลยีแบ่งออกเป็น 3 ยุค คือ ยุคนาโนวัสดุ ยุคนาโนอุปกรณ์ และ ยุคระบบนาโนบูรณาการ (Integrated Nano-systems) ประเทศไทยมีนักวิจัยในสาขานาโนวัสดุจำนวนมาก ในขณะที่มีกลุ่มที่ทำงานทางด้านนาโนอุปกรณ์ยังไม่มากนัก ซึ่งน่าเป็นห่วง เพราะจากการประเมินงานวิจัยของนักวิจัยในเวียดนามในการประชุม International Workshop on Nanotechnology and Applications (IWNA 2007) ที่ Vung Tau City ประเทศเวียดนาม เมื่อวันที่ 15-17 พ.ย. 2550 นั้น ทำให้ทราบว่าเขามีกลุ่มที่ทำทางด้านนาโนอุปกรณ์มากกว่าเมืองไทยซะอีก แม้เมืองไทยจะมีความก้าวหน้าโดยรวมของงานทางด้านนาโนวัสดุมากกว่าเขา แต่หากเขาทำนาโนอุปกรณ์มากกว่าเรา ก็ถือว่าเราแพ้แล้ว เพราะเขากำลังวิ่งอยู่ในยุคที่ 2 ของนาโนเทคโนโลยี


nanothailand ได้มีโอกาสได้คุยกับ ดร. อดิสร เตือนตรานนท์ แห่ง NECTEC เป็นผู้ที่มีประสบการณ์ยาวนานในการทำงานวิจัยที่เชื่อมโยงตั้งแต่งานพื้นฐานที่เน้นความเข้าใจ และผลงานตีพิมพ์ ไปจนถึงงานประยุกต์ที่ให้ผลออกมาเป็นต้นแบบหรือผลิตภัณฑ์ โดยเมื่อ 5 ปีที่แล้วได้บุกเบิกเพื่อจัดตั้ง MEMS and Nanoelectronics Laboratory ขึ้นในเมืองไทย โดยเป็นห้องปฏิบัติการในสังกัดของ NECTEC ทำให้ทราบว่างานวิจัยในสาขานาโนอิเล็กทรอนิกส์มีความยากกว่างานวิจัยทางด้านนาโนวัสดุ ที่นิยมทำกันอย่างกว้างขวางในเมืองไทยตรงที่ สาขานาโนอิเล็กทรอนิกส์ต้องการโครงสร้างพื้นฐานที่ดี และหากจะพัฒนาอะไรก็ตามก็ต้องไปจนถึงจุดที่นำไปใช้งานได้ซึ่งก็ต้องผ่านขั้นตอนหลายอย่าง ซึ่งอาจต้องมีการทำงานข้ามศาสตร์ หรือ อาศัยความเชี่ยวชาญจากหลายๆ สาขา ไม่เหมือนกับงานนาโนวัสดุที่สามารถจบได้ที่หน่วยวิจัยเดียวก็ได้ ประเทศไทยมีฐานงานวิจัยทางนาโนวัสดุที่ค่อนข้างโต แต่งานวิจัยที่ต่อยอดขึ้นไปเพื่อนำนาโนวัสดุไปใช้งานกลับค่อนข้างลีบ


ดร. อดิสร ได้อธิบายว่าการทำงานในสาขานาโนอิเล็กทรอนิกส์นั้นช่วยทำให้เกิดความก้าวหน้าโดยรวมในสาขานาโนเทคโนโลยี เพราะมีผู้นำนาโนวัสดุไปใช้ต่อ และเกิดการต่อยอดไปสู่การสร้างนาโนอุปกรณ์ ซึ่งเป็นยุคที่ 2 ของนาโนเทคโนโลยีต่อจากยุคนาโนวัสดุ ดร. อดิสร ได้สาธิตงานวิจัย 2-3 ชิ้นที่แสดงความสำคัญของห่วงโซ่คุณค่าตั้งแต่ต้นทางไปยังปลายทาง เช่น Lab-on-Chip หรือห้องปฏิบัติการบนชิพ การที่จะพัฒนาให้ได้ต้นแบบผลิตภัณฑ์ที่ใช้ได้จริง จะต้องประกอบด้วยกลุ่มวิจัยหลายกลุ่มช่วยกันพัฒนา ได้แก่ นักเคมีเพื่อออกแบบโมเลกุลที่พื้นผิวของชิพให้มีคุณสมบัติในการคัดกรองสาร และ ออกแบบปฏิกริยาต่างๆ วิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อประกอบชิพที่มีวงจรการไหล นักเทคนิคการแพทย์เพื่อออกแบบการใช้งานในการตรวจโมเลกุลชีวภาพ นี่คือตัวอย่างหนึ่งที่ ดร. อดิสร ได้แสดงให้เห็นถึงประสบการณ์ในการทำงานร่วมกันข้ามกลุ่ม ข้ามศาสตร์ ข้ามมหาวิทยาลัย ซึ่งเป็น Paradigm ใหม่ของโลก ที่ประเทศไทยต้องเกาะติด

Malay NANO 2008

ท่ามกลางการแข่งขันเพื่อเป็นผู้นำทางด้านนาโนเทคโนโลยี ในภูมิภาคอาเซียน ระหว่าง ไทย เวียดนาม สิงคโปร์ และ มาเลเซีย แน่นอนไม่มีใครอยากเป็นที่โหล่ สถานภาพตอนนี้สิงคโปร์น่าจะนำอยู่ โดยยังมีความคลุมเคลืออยู่ว่าใครเป็นที่สองกันแน่ ระหว่าง ไทย มาเลเซีย และ เวียดนาม หากสถานการณ์ยังเป็นอย่างที่มันเป็นขณะนี้ ถ้าไทยไม่ทำอะไร เวียดนามจะเบียดขึ้นเป็นที่ 2 แน่ๆ ซึ่งหมายความว่า ไทย กับ มาเลเซีย ต้องแข่งกันอย่างดุเดือด เพื่อไม่ให้เป็นที่โหล่ ดังนั้นก็น่าจะเข้าไปดูกันหน่อยว่า สถานภาพทางด้าน นาโน ของมาเลเซีย เป็นอย่างไรกันบ้าง วันหลังๆ ผมจะค่อยๆ เล่าเรื่องราวที่พวกเรารู้กันไม่มากนักเกี่ยวกับประเทศนี้นะครับ อย่าดูถูกเขาเชียวนะครับ อย่าคิดว่า เรานำเขาอยู่ทางด้าน นาโน

ปีหน้า (ค.ศ. 2008) มาเลเซียเขาจะจัดการประชุม International Conference on MEMS and Nanotechnology (ICMN 2008) ที่กัวลาลัมเปอร์ งานที่เขาจะจัดขึ้นนี้ นักนาโนเทคโนโลยีไทยไปเห็นเข้า ก็จะรู้สึกร้อนๆ หนาวๆ แน่ เพราะเนื้อหามันช่าง advanced กว่าของบ้านเราที่จัดๆ กัน ในบ้านเรานั้น ที่เห็นกันก็จะมีแต่ nanomaterials ซึ่งก็ไปเน้นเซรามิกส์กันมาก แต่ของมาเลเซียนั้นเขาเล่นเรื่อง MEMS ตั้งแต่ modeling, design, fabrication ไปถึง testing และ applications ส่วนทางด้านนาโน ก็ข้ามขั้นของบ้านเราไปถึง nanodevice แล้ว โดยทางด้าน nanomaterials เป็นเรื่องรองลงไป เมื่อสัก 4 ปีก่อนหน้านี้ ท่านมหาธีร์ นายกรัฐมนตรีคนก่อนของมาเลเซีย ท่านให้ความสำคัญ โดยทุ่มเงินเพื่อสร้าง Lab และ Facility ทางด้าน MEMS กับ Nanodevice เพื่อเป็นฐานของอุตสาหกรรมอนาคต เช่นเดียวกับเวียดนามที่จับงานทางด้าน nanodevice เยอะมาก ซึ่งต่างจากบ้านเราที่เล่นแต่ nanomaterials งานนี้คนไทยน่าจะลงทะเบียนไปดูความก้าวหน้าของเขาบ้างนะครับ

(ภาพตึกแฝด ที่เคยสร้างสถิติเป็นตึกที่สูงที่สุดในโลก มาเลเซียกำลังคิดจะสร้าง surprise ให้แก่คนไทย โดยข้ามขั้นไปสู่ยุค Nanodevice ไม่ช้านี้)