Body Electronics - อิเล็กทรอนิกส์บนผิวกายมนุษย์ (ตอนที่ 4)

เรากำลังอาศัยอยู่ในยุคแห่งการรวมเข้าเป็นหนึ่งระหว่างมนุษย์ กับ จักรกล (Man-Machine Integration) เป็นยุคที่จิตใจ กับ วัสดุ จะเข้ามาบรรจบกัน (Mind-Materials Convergence) อย่างที่ผมเรียนท่านผู้อ่านเสมอๆ ล่ะครับ กระบวนทัศน์ใหม่นี้ ต้องการการเปิดกว้างทางความคิดให้มากขึ้น ต้องการคนที่ทำงานข้ามศาสตร์ ข้ามสาขามากขึ้น เมื่อศาสตร์หลากสาขามาบรรจบ ความคิดจะบรรเจิด และจะบังเกิดความก้าวหน้าที่คาดไม่ถึงครับ ....

เมื่อประมาณปลายปี 2008 มีการตีพิมพ์ผลงานวิจัยหนึ่ง โดยนักวิจัยแห่งมหาวิทยาลัยบริติช โคลัมเบีย (University of British Columbia) ที่เปิดแนวคิดเกี่ยวกับการนำเอาน้ำตาลกลูโคสที่อยู่ในกระแสเลือดของมนุษย์ มาใช้เป็นพลังงานป้อนให้แก่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ที่ฝังอยู่ภายในหรือบนผิวกายมนุษย์ (รายละเอียดเต็มเพื่อการอ้างอิงคือ C.-P.-B. Siu, Mu Chiao, "A Microfabricated PDMS Microbial Fuel Cell", Journal of Microelectromechanical Systems 17 (2008) pp. 1329-1341.) งานวิจัยนี้ ฉายภาพให้เห็นอนาคตของการนำเอาพลังงานจากร่างกายของเราเอง มาหล่อเลี้ยงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ติดตั้งเข้าไปในร่างกายของเรา แทนที่จะใช้แบตเตอรีกระดุม เหมือนที่ทำกันอยู่ในปัจจุบัน ก่อนหน้านี้ ผมเคยเขียนเรื่องของหุ่นยนต์ที่รับประทานอาหารอินทรีย์ แบบเดียวกับสิ่งมีชีวิตทั่วไป ท่านผู้อ่านจะเห็นได้ว่า แนวโน้มของเทคโนโลยีในอนาคตกำลังเดินไปทางนี้ อีกหน่อย เราจะต้องทานข้าวร่วมกับจักรกลแล้วครับ ....

ผลงานวิจัยที่เสนอนั้น เป็นการนำเอาเซลล์เชื้อเพลิงจุลชีพ (Microbial Fuel Cell) ซึ่งบรรจุยีสต์ชนิดเดียวกับที่ใช้หมักเบียร์หรือเบเกอรี ซึ่งมีชื่อว่า Saccharomyces cerevisiae โดยเจ้ายีสต์ตัวนี้จะย่อยน้ำตาลกลูโคสในเลือดของเรา โดยจะได้อิเล็กตรอนออกมา นักวิจัยได้ใช้สารเคมีชนิดหนึ่งซึ่งสามารถผ่านเข้าไปในเซลล์ของยีสต์ แล้วไปขโมยเอาอิเล็กตรอนที่ผลิตได้ออกมาใช้งาน โดยมันจะเคลื่อนเข้าหาขั้วลบเพื่อไปปล่อยอิเล็กตรอน ในขณะที่ไฮโดรเจนไอออน จากเซลล์ของยีสต์จะเคลื่อนเข้าหาขั้วบวก ก่อให้เกิดกระแสไหลไปเลี้ยงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ได้

อนาคตเราคงจะได้เห็นว่า คนอ้วนจะกลายเป็นคนได้เปรียบ เพราะเขาหรือเธอสามารถใช้โทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊ค หรือ กล้องถ่ายรูป ได้นานๆ ด้วยการอาศัยพลังงานจากพุงและต้นขา ....

Printed Batteries - แบตเตอรีพิมพ์ได้

"ผู้ใดครองแบตเตอรี ผู้นั้นครองโลก" คำกล่าวนี้ไม่น่าจะเกินเลยเท่าไรนัก ถ้าผมจะพูดอย่างนี้ ก็เพราะว่าเครื่องใช้ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เคลื่อนที่ทั้งหลาย ไม่ว่าจะเป็น โทรศัพท์มือถือ เครื่องเล่นเพลง ไฟฉาย เครื่องคอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊ค ไปจนถึงเครื่องวัดเซ็นเซอร์ต่างๆ ต่างต้องการมันทั้งสิ้น ในอนาคตมันจะยิ่งทวีความสำคัญ เมื่อรถยนต์ไฟฟ้ากลายมาเป็นสินค้าขายดี ประเทศใดที่ครอบครองเทคโนโลยีแบตเตอรี ก็จะครอบครองหัวใจของทุกอย่าง

เมื่อไม่กี่วันก่อน Professor Reinhard Baumann แห่ง Fraunhofer Research Institute for Electronic Nano System ณ เมือง Chemnitz ประเทศเยอรมัน ได้ออกมาให้ข่าวแก่สื่อมวลชนว่า ท่านได้พัฒนาแบตเตอรีที่สามารถพิมพ์ออกมาได้จากเครื่องพิมพ์ ก่อนหน้านี้ ทางทีมงานของ ดร. อดิสร เตือนตรานนท์ แห่ง MEMS Lab ของเนคเทค ก็เคยไปเยี่ยมชมศูนย์วิจัยของศาสตราจารย์ท่านนี้ ที่เมือง Chemnitz มาแล้ว เนื่องจากว่าขณะนี้ทางเนคเทค และศูนย์นาโนเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยมหิดล ได้ร่วมมือกันจัดตั้งโรงงานต้นแบบทางด้าน Printed Electronics ซึ่งทางเราต้องการที่จะพัฒนาระบบการพิมพ์วงจรอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยเครื่องพิมพ์ต่างๆที่ใช้ในอุตสาหกรรมการพิมพ์ เนื่องจากแนวโน้มในอนาคตนั้น อิเล็กทรอนิกส์การพิมพ์ (Printed Electronics) จะกลายเป็นแพล็ตฟอร์มใหม่ในการผลิตสินค้า ประเทศไทยจึงควรเริ่มให้ความสนใจทางด้านนี้ครับ

แบตเตอรีแบนบางที่นำออกมาแสดงนี้ ใช้วิธีการพิมพ์สกรีน (Screen Printing) ตัวอุปรณ์มีขนาดแบนบาง ความหนาน้อยกว่ามิลลิเมตร หนักไม่ถึง 1 กรัม ให้ความดันไฟได้ 1.5 โวต์ แบตเตอรีแบบนี้เหมาะสำหรับจะพิมพ์ติดลงไปกับบัตรพวกสมาร์ทการ์ด การ์ดอวยพร หรือ กล่องใส่สินค้าต่างๆ เพื่อเป็นตัวให้พลังงานแก่อุปกรณ์แบนบางอย่าง RFID และ เซ็นเซอร์ต่างๆ

MIT คิดค้นแบตเตอรีไวรัส

นักวิทยาศาสตร์นิยามว่าไวรัสเป็นอนุภาคที่มีความสามารถในการประกอบ และเพิ่มจำนวนได้เอง ด้วยการควบคุมจากสารพันธุกรรม ไวรัสยังไม่ใช่สิ่งมีชีวิตเพราะมันไม่สามารถกินอาหารและเติบโตได้ มันเพียงแต่เพิ่มจำนวนได้โดยอาศัยสารอาหารของแหล่งทรัพยากรจากสิ่งมีชีวิตอื่น ว่ากันว่าใน DNA ของมนุษย์ (และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ) นั้น มีรหัสพันธุกรรมของไวรัสต่างๆ ฝังตัวอยู่เป็นจำนวนมาก ซึ่งเกิดจากการที่มนุษย์ติดโรคจากไวรัสในอดีต แล้วรหัสพันธุกรรมของไวรัสได้เข้าไปหลอมรวมกับของมนุษย์แล้วถ่ายทอดต่อๆ มาจนถึงลูกหลาน ซึ่งปัจจุบันยังไม่รู้แน่ชัดว่ารหัสพวกนั้นทำอะไร หรือเป็นเพียงขยะปลอมปนอยู่ใน DNA ของเรา ???

ในศตวรรษที่ 21 นี้ หากศาสตร์ใดไม่นำเอาเนื้อหาของชีววิทยาไปใส่ จะถือว่าเชยมาก ดังนั้นเราจะเห็นว่าข่าวคราวความก้าวหน้าใหม่ๆ ทางเทคโนโลยีหรือวิศวกรรมที่น่าตื่นเต้น จะมีส่วนของชีววิทยาปะปนมาด้วยอยู่เสมอ ล่าสุดมีรายงานในวารสาร Science ฉบับวันที่ 2 เมษายน 2009 ว่าทีมนักวิจัยแห่ง MIT ได้พัฒนาแบตเตอรีแบบลิเธียมไอออนที่มีการนำเอาไวรัสเข้าไปเป็นส่วนหนึ่งของขั้วไฟฟ้าในแบตเตอรี โดยคณะวิจัยได้พัฒนาแบตเตอรีขึ้นเองทั้งหมด ซึ่งรวมไปถึงขั้วไฟฟ้าทั้ง Anode และ Cathode ที่มีโครงสร้างนาโน และอิเล็กโตรไลต์ที่ทำจากฟิล์มบางของพอลิเมอร์หลายๆชั้น ขั้ว Anode นั้นถูกสร้างขึ้นมาด้วยการเคลือบผิวด้วยไวรัสที่ตกแต่งรหัสพันธุกรรมให้มีชั้นโปรตีนเคลือบอยู่นอกตัวมัน ซึ่งโปรตีนชนิดนี้จะก่อให้เกิดเส้นลวดนาโน (nanowire) ของโคบอลออดไซด์ ในขณะที่ในฝั่งของ Cathode นั้นไวรัสจะถูกเคลือบบนท่อนาโนคาร์บอน ซึ่งโปรตีนที่หุ้มไวรัสอยู่จะสร้าง nanowire ของเหล็กฟอสเฟตขึ้นมา

ก่อนหน้านี้หนึ่งสัปดาห์ ท่านอธิการบดีของ MIT ได้นำต้นแบบแบตเตอรีจากไวรัสตัวนี้ไปแสดงสาธิตให้ ท่านประธานาธิบดี Barack Obama ได้ชมที่ทำเนียบขาวมาแล้วด้วยนะครับ แว่วๆมาว่า ทางท่านประธานาธิบดีมีแผนจะอัดฉีดงบวิจัยทางด้านพลังงานสะอาดให้แก่มหาวิทยาลัยนี้ และที่อื่นๆเพิ่มขึ้นอีกด้วยนะครับ .......

Solar Island - โรงไฟฟ้าลอยน้ำ

อย่างที่ผมพูดเสมอๆ ล่ะครับว่า ประเทศที่มีนวัตกรรมด้านพลังงานแสงอาฑิตย์มากที่สุดในโลก ไม่ใช่อเมริกา ไม่ใช่ยุโรป ไม่ใช่ญี่ปุ่น ไม่ใช่เกาหลี แต่เป็นประเทศเจ้าของน้ำมันอย่างสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์ (United Arab Emirates) ที่สร้างเมืองพลังงานสะอาดอย่าง Masdar City และนวัตกรรมด้านเปลี่ยนฟ้าแปลงดินหลายโครงการ อย่างเช่น Palm Island และ The World เกาะที่สร้างขึ้นมาเป็นรูปแผนที่โลกอย่างอลังการ

ล่าสุด ประเทศ UAE มาด้วยความคิดเจ๋งๆ ที่จะสร้างเกาะผลิตพลังงานไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์ โดยต้นแบบที่จะผลิตขึ้นมาเพื่อทดสอบในทะเลนี้ มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100 เมตร มีกำลังผลิตไฟฟ้า 1 เมกะวัตต์ โซลาร์เซลล์ที่ใช้บนเกาะนี้เป็นแบบ Thermal ไม่ใช่ Photovoltaic กล่าวคือไม่ได้เปลี่ยนแสงไปเป็นไฟฟ้าโดยตรง แต่แสงอาฑิตย์จะไปเผาน้ำให้ร้อนในท่อให้ร้อน แล้วน้ำร้อนเหล่านี้จะไปปั่นเครื่องปั่นไฟแบบกังหันความร้อน จากนั้นก็จะนำไฟฟ้าไปเปลี่ยนน้ำทะเลให้เป็นไฮโดรเจนอีกทอดหนึ่ง เกาะพลังงานนี้จะผลิตไฮโดรเจนได้ด้วยตนเอง แค่ปล่อยให้มันลอยของมันไป พอถึงเวลา เรือบรรทุกไฮโดรเจนอัดก็จะไปรับไฮโดรเจนที่อัดไว้กลับมาบนฝั่ง การทำเช่นนี้ทำให้ไม่จำเป็นต้องมีสายส่งไฟฟ้าจากเกาะนี้มายังบนฝั่ง คาดว่าเกาะนี้จะเริ่มถูกทดสอบในช่วงปลายปี ค.ศ. 2008 นี้ หลังจากนั้นทีมงานจะทำการสร้างเกาะที่มีขนาดใหญ่กว่า ที่เส้นผ่านศูนย์กลาง 1 กิโลเมตร ลองนึกภาพมีจานใหญ่ๆ มาลอยเท้งเต้งเต็มเลยในอ่าวไทย ก็คงแปลกตาดีครับ อีกหน่อย พื้นที่ในทะเลอาจจะต้องมีการแบ่งสิทธิ์ นส. 3 เหมือนพื้นที่บนดินแล้วครับ ......

Energy Farm & Micropower (ตอนที่ 2)

วันนี้มาเล่าต่อถึงแนวโน้มของการผลิตพลังงานใช้เองกันในบ้าน หรือ ชุมชน ซึ่งกำลังเป็นกระแสที่มาแรงมาก ซึ่งทำให้ในขณะนี้การผลิตกระแสไฟฟ้าระดับชุมชน หรือ micropower มีกำลังผลิตทั่วโลกมากกว่า 16% ของไฟฟ้าทั้งหมดที่ผลิตได้ทั้งโลก (ข้อมูลจาก International Energy Agency ปี ค.ศ. 2006) แซงหน้าพลังงานนิวเคลียร์ขึ้นไปแล้วครับ ประเทศสวีเดนถึงกับประกาศว่า ในปี ค.ศ. 2020 จะหยุดนำเข้าน้ำมันและก๊าซ ด้วยการส่งเสริมให้เกิดการผลิตพลังงานแบบ Micropower และสร้าง Energy Farm ให้เพียงพอใช้งานในประเทศ ประเทศเดนมาร์กซึ่งเป็นประเทศที่มีประสิทธิภาพในการใช้พลังงานมากที่สุดในโลก นั้นเริ่ม Micropower มาก่อนใครเลยครับ เพราะเขาทำมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1980 ซึ่งเป็นช่วงหลังวิกฤตน้ำมันครั้งแรก ทำให้วันนี้เดนมาร์กเป็นประเทศที่เดือดร้อนจากวิกฤตน้ำมันครั้งที่ 2 น้อยที่สุด ทุกวันนี้เดนมาร์กผลิตไฟฟ้าจากโรงงานไฟฟ้าไม่ถึง 33% ที่เหลือผลิตจากบ้านและชุมชนทั้งหมด เดนมาร์กเป็นประเทศที่จำนวนการใช้พลังงานต่อ GDP ต่ำที่สุดในโลก เดนมาร์กยังเป็นประเทศที่มีนวัตกรรมสูงมากครับ เขามีโครงการ Energy Internet คือทำให้พลังงานไฟฟ้ามีการเชื่อมต่อโยงใยกันทั้งกลุ่มสแกนดิเนเวีย ในช่วงที่ลมพัดแรงตามชายฝั่งของเดนมาร์ก Wind Farm จะทำงานเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า โดยจะส่งข้อมูลไปบอกเขื่อนพลังงานน้ำในประเทศนอร์เวย์ให้หยุดทำงาน เพื่อประหยัดน้ำเอาไว้ใช้ปั่นไฟในช่วงลมสงบ ระบบ Energy Internet ยังเชื่อม Solar Farm และเครื่องผลิตไฟฟ้าแบบอื่นๆ เช่น Biomass ให้สามารถผลิตไฟฟ้าต่อเนื่อง โดยจะใช้ Smart Meters เพื่อคิดค่าไฟฟ้าที่สอดคล้องกับต้นทุน ณ เวลานั้นๆ

เซลล์สุริยะสาหร่าย - Algae Solar Cell (ตอนที่ 2)

ตอนนี้ทั่วโลกกำลังต่อต้านการนำเอาอาหารมาทำเป็นพลังงาน ทั้ง Ethanol จากข้าวโพดและอ้อย ทั้งปาล์มน้ำมัน หรือ แม้กระทั่งพืชที่เป็นอาหารไม่ได้ แต่การปลูกมันมากๆ ก็จะไปรังแกพื้นที่ปลูกอาหาร ผู้คนจึงมาถึงทางตันแล้วว่า ไม่มีทางเลือกอื่นอีกหรือ มีพืชพลังงานอะไรที่ไม่รังแกเกษตรกรรม คำตอบก็คือ มีครับ "สาหร่าย" นี่แหละ เพียงแต่การนำสาหร่ายมาผลิตพลังงานต้องทำแบบฉลาดนะครับ เพื่อไม่ให้มันไปกระทบเกษตรอาหาร ตอนนี้ในประเทศสหรัฐอเมริกาเริ่มมีความก้าวหน้าด้านนี้ ถึงกับมีบริษัทจัดตั้งใหม่ที่เรียกว่า Start-Up เกิดกันมากมาย เจ้าเซลล์สุริยะสาหร่ายจะเปลี่ยนพลังงานแสงอาฑิตย์ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ให้เป็นน้ำมันไบโอดีเซล หรือ เอธานอล ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของสาหร่าย โดยนักพันธุวิศวกรรมสามารถปรับเปลี่ยน ตกแต่งยีนของสาหร่ายเหล่านี้ จนกระทั่งได้พันธุ์ที่มีประสิทธิภาพ เนื่องจากสาหร่ายมีอัตราการเติบโตที่เร็วมากๆ ประมาณ 30 เท่าของพืชทั่วไป มันจึงสามารถผลิตพลังงานได้เร็วกว่าพืชพลังงานทุกอย่างเลยครับ เนื่องจากสาหร่ายเหล่านี้กินคาร์บอนไดออกไซด์ ดังนั้นหากสร้างฟาร์มสาหร่ายใกล้ๆ กับโรงไฟฟ้าถ่านหิน เราก็สามารถนำคาร์บอนไดออกไซด์ที่ผลิตจากโรงไฟฟ้าถ่านหิน มาใช้เลี้ยงสาหร่าย เพื่อจะผลิตน้ำมันไบโอดีเซลต่ออีกทอดหนึ่งครับ ไอเดียดังกล่าวเริ่มเป็นที่สนใจในสหรัฐฯ โดยบริษัท Sunflower ซึ่งเป็นธุรกิจโรงไฟฟ้าถ่านหิน ได้ตกลงจะสร้างโรงไฟฟ้าขนาด 40 เมกะวัตต์ เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าและป้อนคาร์บอนไดออกไซด์ให้ ฟาร์มสาหร่าย ซึ่งทุกๆ 1.8 ตันของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จะผลิตสาหร่ายได้ 1 ตัน