อาภรณ์อัจฉริยะ - Wearable Intelligence (ตอนที่ 7)

(Picture from wired.com)

ในอดีตเรามีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไม่กี่อย่างที่สวมใส่ได้ (Wearable Electronics) ที่ผมพอยกตัวอย่างได้ก็มีนาฬิกาดิจิตอล ซึ่งแสดงตัวเลขแบบอาระบิกแทนเข็มนาฬิกา มีเสียงปลุกเป็นเสียงดนตรี สามารถจับเวลาได้มีความละเอียดถึง 1 ส่วน 100 วินาที ซึ่งผมรู้จักครั้งแรกตอนอายุสัก 10 ขวบ มั๊งครับ เป็นยี่ห้อคาสิโอ กาลเวลาผ่านมา 30 ปี นาฬิกาคาสิโอก็ไม่ได้พัฒนาขึ้นมากเท่าไหร่นัก เพียงแต่รุ่นหลังอย่างแบบที่ผมใช้ จะมีเซ็นเซอร์เพิ่มขึ้นมาหลายชนิด เช่น มีเทอร์โมมิเตอร์ เข็มทิศ บารอมิเตอร์ และ โซลาร์เซลล์ ผมเคยคิดมานานแล้วว่า ทำไมนาฬิกาข้อมือ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่จริงๆ แล้วมีความใกล้ชิดกับมนุษย์มากกว่าโทรศัพท์มือถือเสียอีก (เพราะมันไม่ต้องพก สามารถสวมใส่ไปไหนมาไหนได้เลย) แต่นาฬิกาข้อมือกลับไม่ได้รับการพัฒนาเท่าที่ควร จนกระทั่งเมื่อเร็วๆ นี้ บริษัทยักษ์ใหญ่ทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ ไม่ว่าจะเป็น ซัมซุง โซนี่ และ แอปเปิ้ล ต่างประกาศตัวว่าจะพัฒนานาฬิกาฉลาด หรือ smart watch ออกมาขาย

ทำไมผู้คนถึงเริ่มมาสนใจที่จะพัฒนานาฬิกาให้มันฉลาดขึ้นในช่วงนี้หล่ะครับ ส่วนหนึ่งน่าจะมาจากกระแสความต้องการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มันติดตัวไปไหนมาไหนได้ (Mobile & Ubiquitous) คือมีความคล่องตัว ใช้ง่ายได้ทุกที่ ทุกเวลา และทำได้หลายอย่าง อีกส่วนหนึ่งมาจากแนวโน้มการดูแลรักษาสุขภาพของผู้คน ที่มีความต้องการจะรู้ข้อมูลสุขภาพของตนเองแบบใช้ง่าย ใช้ได้ทุกที่ ทุกเวลา ทำให้เราเริ่มเห็นอุปกรณ์รูปแบบใหม่ที่เป็นอุปกรณ์ทางการแพทย์ ที่ใช้งานเหมือนเครื่องใช้อิเล็กทรอนิกส์ (และบางครั้งก็อาจเป็นเครื่องประดับได้ในตัว) มากขึ้นเรื่อยๆ ครับ และอย่างหลังนี้เองที่ทำให้เกิดเทคโนโลยีที่เรียกว่า Physiological Computing Systems หรือ ระบบตรวจวัดทางสรีรวิทยา ซึ่งเป็นเทคโนโลยีในการเฝ้าดู และตรวจวัด พารามิเตอร์ทางสุขภาพของมนุษย์ ซึ่งในที่นี้ก็มักจะต้องเป็นอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้ เพื่อที่จะสามารถเก็บข้อมูลความเป็นไปของร่างกายผู้สวมใส่ได้ตลอดเวลา ซึ่งจะนำมาสู่การวิเคราะห์สถานภาพทางสุขภาพของเราได้แบบทุกที่ ทุกเวลา ไงหล่ะครับ

ในการตรวจวัดสถานภาพของสรีระของผู้ใส่ เราอาจจะแบ่งการตรวจวัดออกเป็น 4 ชนิด ซึ่งอุปกรณ์บางชนิดอาจจะตรวจวัดประเภทเดียว แต่บางอุปกรณ์อาจตรวจวัดสถานภาพได้หลายประเภท

(1) Bioelectrical Signals เป็นการตรวจวัดสถานภาพของร่างกาย จากการวัดสัญญาณไฟฟ้าของร่างกาย เช่น สัญญาณสมอง สัญญาณไฟฟ้าหัวใจ สัญญาณประสาทกล้ามเนื้อ ซึ่งในอดีต อุปกรณ์ประมวลผลสัญญาณเหล่านี้แพงมาก แต่ในปัจจุบันสามารถซื้อหามาเล่นในราคาที่เป็นมิตรขึ้นครับ ซึ่งจะทำให้ทราบว่าหัวใจเต้นดีมั้ย สมองมีกิจกรรมการคิดเป็นอย่างไร ระบบประสาทเป็นอย่างไร เป็นต้น

(2) Biomechanical Signals เป็นการตรวจวัดสถานภาพของร่างกาย จากสัญญาณทางชีวกล เช่น การขยับเขยื้อนเคลื่อนไหวของร่างกาย ซึ่งจะทำให้รู้กิจกรรมเชิงกลของร่างกายได้ เช่น การเดิน นั่ง นอน วิ่ง การหายใจ เป็นต้น กลุ่มวิจัยของผมเองก็พัฒนาอุปกรณ์หลายอย่างที่อาศัยการวัดสัญญาณทางชีวกลครับ เช่น รองเท้าที่ติดเซ็นเซอร์ซึ่งตรวจวัดอากัปกริยาการเดิน สามารถที่จะตรวจวัดความผิดปกติในการเดินได้ โดยสามารถตรวจหาโรคพาร์กินสันได้ นอกจากนั้นก็ยังมี หมอนอัจฉริยะที่สามารถตรวจวัดสถานภาพการนอน ว่านอนหลับดีหรือไม่ อัตราการหายใจเป็นอย่างไร มีประสิทธิภาพการหลับมากน้อยแค่ไหนในแต่ละคืน เป็นต้น

(3) Biochemical Signals เป็นการตรวจวัดสถานภาพของร่างกาย จากสัญญาณทางชีวเคมีในร่างกาย ซึ่งจะทำให้ทราบสถานะทางสุขภาพภายในร่างกาย เช่น มีสุขภาพดีไหม มีโรคภัยไข้เจ็บหรือป่าว เช่น เซ็นเซอร์ตรวจวัดปริมาณออกซิเจนในเลือด เซ็นเซอร์ตรวจวัดปริมาณกลูโคสในกระแสเลือด เป็นต้น ในกลุ่มวิจัยของผมเอง ก็มีการพัฒนาอุปกรณ์ประเภทนี้อยู่อย่างหนึ่งคือ เซ็นเซอร์ดมกลิ่นแบบสวมใส่ได้ ในรูปของอาร์มแบนด์ และ เสื้อสุขภาพ ซึ่งมันจะตรวจวัดกลิ่นตัวทำให้ทราบว่าสถานภาพทางเคมีในร่างกายปกติหรือไม่ หรือมีโรคอะไรอยู่ เพราะร่างกายที่ปกติ กับ ร่างกายที่เป็นโรค มีการปล่อยกลิ่นออกมาไม่เหมือนกัน

(4) Biophysical Signals เป็นการตรวจวัดสถานภาพของร่างกาย จากสัญญาณทางชีวฟิสิกส์ เช่น การตรวจวัดสภาพเนื้อเยื่อด้วยการส่งคลื่นเสียงเข้าไป การเปลี่ยนสีของผิวจากการใช้ครีม whitening เป็นต้น ซึ่งปัจจุบันอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้เพื่อตรวจสัญญาณประเภทนี้ยังไม่ค่อยมีครับ

เอาไว้วันหลัง ผมมีเวลา จะมาเล่ารายละเอียดของเทคโนโลยีสวมใส่ได้ที่น่าสนใจเพิ่มเติมนะครับ

อาภรณ์อัจฉริยะ - Wearable Intelligence (ตอนที่ 5)

(Picture from dvice.com)

แนวโน้มสำคัญอีกเรื่องหนึ่งที่กำลังมาแรงคือ สิ่งทออิเล็กทรอนิกส์ หรือ อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้ ซึ่งเกิดจากแนวคิดที่ว่ามนุษย์เราสวมใส่เสื้อผ้าไปไหนมาไหน เสมือนสิ่งของที่มีมาแต่กำเนิด โดยที่เราไม่ได้รู้สึกว่ามันเป็นสิ่งแปลกปลอม ในขณะที่คอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์เครื่องใช้อิเล็กทรอนิกส์ ถึงแม้ในปัจจุบันจะพกไปไหนมาไหนได้ก็ตาม ก็ยังไม่เหมือนเสื้อผ้าที่มันติดตัวเราไปเองโดยไม่ต้องหิ้วไม่ต้องถือและไม่ต้องกังวลว่าจะลืม นั่นคือหากเราสามารถทำให้คอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์เหล่านั้นสวมใส่ได้ (Wearable Devices) และติดตามเราไปได้ทุกที่ สิ่งนั้นก็จะนับว่าเป็นอัจฉริยภาพบนผืนผ้าแห่งยุคอนาคตเลยทีเดียว

ผ้าอัจฉริยะที่มีความสามารถทางด้านอิเล็กทรอนิกส์จะต้องประกอบด้วยองค์ประกอบดังนี้

1) เส้นใยนำไฟฟ้า (Conductive Path) เพื่อนำพลังงานไปจ่ายแก่ระบบ หรือนำสัญญาณไฟฟ้าจากจุดหนึ่งไปสู่อีกจุดหนึ่ง โดยเทคโนโลยีของเส้นใยหรือด้ายนำไฟฟ้าในปัจจุบันมีบริษัทผู้ผลิตหลายราย โดยเฉพาะในไต้หวัน ผลิตออกมาหลายแบบ เช่น

• เส้นด้ายที่นำไฟฟ้าได้ในตัวเอง (Intrinsic Conduction) ทำได้โดยการนำเหล็กกล้า (Stainless Steel) มาปั่นเป็นเส้นด้าย ด้ายที่เป็นใยเหล็กนี้สามารถนำไปถักพร้อมๆกับด้ายอื่นๆ เพื่อทอเป็นผ้า แต่มีข้อเสียคือเส้นใยของเหล็กมีความแข็งกระด้างจึงมักจะทำให้เครื่องทอเสียหายได้บ่อยๆ อีกวิธีหนึ่งคือการนำพอลิเมอร์ที่สามารถนำไฟฟ้าได้ในตัวเอง ได้แก่ polyaniline และ polypyrrole มาทำเป็นเส้นใย ในอนาคตอาจมีการนำท่อนาโนคาร์บอน (Carbon Nanotube) มาปั่นเป็นเส้นด้าย ซึ่งปัจจุบันมีงานวิจัยระบุว่าสามารถทำได้ ซึ่งจะทำให้ผ้าที่ทอจากท่อนาโนคาร์บอนมีสมบัติพิเศษหลายประการ เช่น มีความแข็งแกร่งดุจเหล็กกล้าแต่เบาและยืดหยุ่นเหมือนพลาสติก สามารถป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รวมไปถึงสามารถทำงานทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ได้
• เส้นด้ายที่เคลือบวัสดุนำไฟฟ้า (Extrinsic Conduction) เพื่อให้สามารถนำไฟฟ้าได้ โดยนำเส้นด้ายธรรมดามาเคลือบโลหะ หรือ เกลือของโลหะ เช่น คอปเปอร์ซัลไฟด์ หรือ คอปเปอร์ไอโอไดด์ หรืออาจนำเอาแผ่นฟอยล์ของทอง หรือ อลูมิเนียม มาพันรอบๆเส้นด้าย โดยเฉพาะเส้นไหมจะเหมาะที่สุด เนื่องจากมีความเสถียรในด้านรูปร่างและความยาวของเส้นใย (ผู้เขียนเคยเห็นผ้าไหมตีนจกที่ อ. ศรีสัชนาลัย จ.สุโขทัย ซึ่งทอเส้นไหมกับเส้นทองไปพร้อมๆ กัน เกิดลวดลายที่สวยงามมาก)

2) วงจรตรรกะ (Logic Circuitry) เพื่อประมวลผลสัญญาณและทำหน้าที่ต่างๆ เช่นรับข้อมูลและตัดสินใจตอบสนอง การนำเส้นใยนำไฟฟ้ามาถักทอด้วยความหนาบางต่างกัน หรือถักเป็นปม รวมทั้งเทคนิคในการทอผ้าให้เกิดลวดลายต่างๆ ก็สามารถทำให้เกิดวงจรทางตรรกะได้ โดยมีนักวิจัยที่ MIT ได้สาธิตการนำเอาเส้นใยนำไฟฟ้ามาถักให้มีการไขว้ของเส้นด้าย ทำให้เกิดเป็นคีย์บอร์ดที่สามารถรับรู้น้ำหนักการกด และให้สัญญาณไฟฟ้าออกมาแตกต่างกันได้ (คีย์บอร์ดของคอมพิวเตอร์ธรรมดาไม่รับรู้ความต่างของน้ำหนักการกด)

3) เซ็นเซอร์ (Sensor) สำหรับรับข้อมูลจากภายนอก เช่น วัดอุณหภูมิ ความชื้น จุลชีพที่มีอันตราย ขณะนี้มีการวิจัยเสื้อสุขภาพสำหรับผู้ป่วยที่ต้องการการดูแลจากแพทย์อย่างใกล้ชิด โดยเสื้อดังกล่าวมีอุปกรณ์วัดอัตราการเต้นของหัวใจ อัตราการหายใจ ความดันโลหิต เป็นต้น ซึ่งจะเก็บข้อมูลและส่งให้โรงพยาบาลโดยใช้เทคโนโลยีไร้สาย เซ็นเซอร์ที่วัดอุณหภูมิจะทำงานร่วมกับอุปกรณ์ให้ความร้อนซึ่งหากพบว่าอุณหภูมิภายนอกต่ำมาก หากมีการติดตั้ง GPS ซึ่งเมื่อทำงานร่วมกับเสื้อของผู้สวมใส่ ก็จะทำให้เสื้อทราบว่าผู้สวมอยู่ ณ ตำแหน่งใดบนพื้นโลก ซึ่งก็จะสามารถรับข้อมูลสภาพอากาศและสิ่งแวดล้อมเข้ามาได้ทันทีจากฐานข้อมูลอากาศ เพื่อพร้อมตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมได้  ซึ่งมีบริษัทที่ทำการวิจัยและพัฒนาเสื้อสกีที่มีเซ็นเซอร์ตรวจวัดสภาพแวดล้อม โดย GPS จะจับตำแหน่งของนักสกีตลอดเวลา หากเกิดอุบัติเหตุก็จะส่งสัญญาณวิทยุออกไปขอความช่วยเหลือได้


4) เทคโนโลยีสื่อสาร (Communication) เพื่อสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ที่อยู่ในเสื้อตัวเดียวกัน และระหว่างอุปกรณ์ภายในเสื้อกับอุปกรณ์ภายนอก ในปัจจุบันมีเทคโนโลยีเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สาย (Wireless Sensor Networks) ที่สามารถโยงใยเซ็นเซอร์หลายๆ ตัวโดยการสื่อสารแบบไร้สายคล้ายกับเทคโนโลยี Wi-Fi ที่ใช้กันทั่วไป แต่เทคโนโลยีไร้สายแบบนี้ก็อาจจะไม่เหมาะกับเสื้อผ้าที่อยู่ติดกับร่างกายมนุษย์ เนื่องจากมีการปล่อยสัญญาณวิทยุออกมาทุกทิศทาง จึงมีผู้คิดค้นการส่งสัญญาณวิทยุอีกแบบหนึ่งที่เรียกว่า FAN (Fabric Area Network) ซึ่งจะมีการส่งสัญญาณวิทยุในลักษณะของ RFID (Radio Frequency Identification) ออกไปเฉพาะบริเวณพื้นผิวของร่างกายเท่านั้น ไม่มีการส่งเข้าไปในร่างกายมนุษย์ นอกจากนั้นยังมีเทคโนโลยีในการส่งสัญญาณไฟฟ้าผ่านผิวหนังมนุษย์โดยตรงที่เรียกว่า PAN (Personal Area Network) ซึ่งคิดค้นโดยนักวิจัยของ MIT ร่วมกับ IBM โดยจะส่งกระแสไฟฟ้าแรงต่ำ (ระดับพิโคแอมป์) ออกไปตามผิวหนังโดยเครื่องรับสัญญาณตามจุดต่างๆ ของร่างกายสามารถรับสัญญาณได้ เทคโนโลยีนี้จะเหมาะกับการใช้งานทางการแพทย์ เพราะอุปกรณ์โดยมากจะมีการติดตั้งตามลำตัวมนุษย์

5) แหล่งพลังงาน (Energy) ได้แก่แบตเตอรีซึ่งขณะนี้มีการพัฒนาแบตเตอรีแบบแบนบาง หรือแหล่งกำเนิดพลังงาน เช่น เซลล์สุริยะแบนบางซึ่งอาจติดหรือพิมพ์ไว้กับเสื้อก็ได้ หรือ เซลล์เชื้อเพลิงที่เปลี่ยนพลังงานเคมีในเชื้อเพลิงเหลว เช่น เอธานอล ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งปกติเซลล์เชื้อเพลิงก็มีลักษณะเป็นแผ่นเมมเบรนบางๆ อยู่แล้ว หรืออาจเป็นวัสดุพวกเพียโซอิเล็กทริก (Piezoelectric) ซึ่งสามารถแปลงพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้านำไปเก็บไว้ในแบตเตอรี เช่น อาจนำวัสดุนี้ไปติดไว้ในรองเท้า เมื่อเราเดินจะมีแรงกดที่เท้าไปกดวัสดุชนิดนี้ให้เกิดความเค้น ซึ่งพลังงานกลจะถูกเปลี่ยนและเก็บสะสมเป็นพลังงานไฟฟ้าในแบตเตอรี นอกจากนั้นยังมีแนวคิดของการนำกลูโคสในร่างกาย (Bio-fuel cell) ออกมาใช้เป็นพลังงานไฟฟ้าให้แก่เสื้ออิเล็กทรอนิกส์อีกด้วย

6) อุปกรณ์ทางกล-ไฟฟ้า (Mechatronics) ทำงานเพื่อตอบสนองผู้ใช้ทั้งเชิงกลและไฟฟ้า เช่น อุปกรณ์กำเนิดความร้อนหรือความเย็นให้แก่ผู้สวมใส่ (Thermoelectric) เซ็นเซอร์ต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์รับรู้ความเร่ง ซึ่งมีลักษณะเป็นอุปกรณ์เครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (Microelectromechanical System หรือ MEMS) อุปกรณ์กำเนิดแรงเช่นแอคตูเอเตอร์ (Actuator) ซึ่งอาจนำไปติดตั้งที่รองเท้าหรือเป็นสนับเข่าช่วยออกแรงให้ผู้สูงอายุเดินได้โดยใช้แรงน้อยลง เสื้อทักซิโด้นาโนฉบับเฉินหลงใส่ในภาพยนตร์เรื่อง The Tuxedo เป็นตัวอย่างที่ดีของอุปกรณ์ประเภทนี้ เพราะสามารถทำให้เฉินหลงกระโดด หมุนตัว ตีลังกาได้อย่างแม่นยำ

** โครงการ Wearable Intelligence ได้รับการสนับสนุนจาก ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่ง ชาติ **

อาภรณ์อัจฉริยะ - Wearable Intelligence (ตอนที่ 4)

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

แนวคิดเกี่ยวกับผ้าฉลาดที่มีหัวคิด ได้ถูกจุดประกายขึ้นเป็นครั้งแรกเมื่อ พ.ศ. 2545 ในภาพยนตร์ของฮอลลีวู้ดที่มีเฉินหลงนำแสดง ซึ่งมีชื่อเรื่องว่า “The Tuxedo” ในภาพยนตร์เรื่องดังกล่าว พระเอกของเราได้กลายเป็นซูเปอร์ฮีโร่ที่มีความสามารถมากมายขึ้นมาทันทีที่ได้สวมใส่เสื้อทักซิโด้อัจฉริยะตัวนี้ ในปีเดียวกัน กระทรวงกลาโหมสหรัฐได้อนุมัติเงินกว่า 2,000 ล้านบาทเพื่อก่อตั้ง สถาบันนาโนเทคโนโลยีทหาร (Institute of Soldier Nanotechnologies) ขึ้นที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งแมซซาจูเซตต์ (Massachusetts Institute of Technology หรือ MIT) โดยมีเป้าหมายจะพัฒนาชุดทหารแห่งอนาคต สถาบันดังกล่าวได้ดำเนินการวิจัยครอบคลุมหัวข้อต่างๆ เพื่อสร้างเสื้ออัจฉริยะ ตั้งแต่เรื่องของ วัสดุดูดซับพลังงาน วัสดุและอุปกรณ์เชิงกล เซ็นเซอร์ในเสื้อผ้า อุปกรณ์ชีวการแพทย์ในเสื้อ ไปจนถึงการประกอบชุดเหล่านี้และนำไปใช้ นี่จึงเป็นโครงการขนาดใหญ่ที่สุดในการวิจัยทางด้านผ้าอัจฉริยะ

เสื้อผ้าที่ฉลาดควรทำอะไรได้บ้าง นี่เป็นตัวอย่างที่มีความเป็นไปได้

• ไม่ยับ ไม่ต้องรีด 
• ไม่เหม็นอับ 
• กันร้อนกันหนาว ซึ่งหมายถึงใส่ในที่ร้อนก็ไม่ร้อน ใส่ในที่เย็นก็ไม่หนาว ซึ่งสามารถทำได้โดยการบรรจุอนุภาคนาโนที่เรียกว่า PCM (Phase Change Materials) ซึ่งมีความสามารถในการดูดซับความร้อนได้มากกว่าน้ำนับสิบเท่า สมมติเราใส่เสื้อผ้าที่มีอนุภาคนาโน PCM ในเนื้อผ้าออกไปภายนอกอาคารที่มีอุณหภูมิต่ำ ความร้อนที่สะสมอยู่ในอนุภาค PCM จะค่อยๆปล่อยออกมาจากเนื้อผ้าและให้ความอบอุ่นแก่เรา ในขณะเดียวกันหากเราเข้าไปในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง เจ้าอนุภาค PCM จะเริ่มกระบวนการสะสมความร้อนเข้าไปในตัวเอง ทำให้ผู้สวมใส่ยังรู้สึกเย็นอยู่
• กันลม กันชื้น โดยผ้าฉลาดต้องสามารถกันฝน กันหิมะซึมเข้ามา ในขณะเดียวกันก็ปล่อยให้ความอับชื้นที่ผิวของผู้สวมใส่สามารถระเหยออกไปได้ ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้เมมเบรนที่มีรูขนาดนาโน ซึ่งกันอนุภาคของเม็ดฝน หยดน้ำ และหิมะไม่ให้เข้ามา แต่ไอน้ำของความชื้น หรือ กลิ่นอับภายในซึ่งมีขนาดเล็กกว่าสามารถระเหยออกไปได้
•  กันไฟ เพราะตู้เสื้อผ้าของเราก็คือเชื้อเพลิงดีๆนี่เอง ดังนั้นการมีผ้าที่ไม่ลุกติดไฟได้ง่ายๆ ย่อมเป็นเรื่องที่ดี ปัจจุบันมีบริษัทในไต้หวันชื่อว่า Neolite International ได้นำพอลิเมอร์ที่มีชื่อว่า Modacrylic มาปั่นผสมกับผ้าฝ้ายทำให้ต้านทานต่อการติดไฟได้ เส้นใยชนิดนี้ยังมีคุณสมบัติต้านทานต่อกรดและด่างรวมทั้งตัวทำละลายต่างๆ และไม่เป็นอาหารของปลวกด้วย
• ใส่สบาย การใส่เสื้อผ้าแล้วรู้สึกสบายนั้น (Comfort) ไม่ใช่เรื่องของอุปาทาน แต่วิทยาศาสตร์สามารถพิสูจน์ได้ โดยความรู้สึกสบายจะเกิดขึ้นเมื่อสัมผัสผ้าซึ่งสามารถอธิบายได้โดยสมการทางคณิตศาสตร์หลายสมการ โดยตัวแปรที่ทำให้รู้สึกสบายได้แก่ การดูดซับความร้อน (Thermal Absorptivity) ความหนาของเส้นใย ความสามารถในการบีบอัด (Compressibility)  แรงเสียดทานของใยผ้า ความแข็งของการโค้งงอ (Bending Rigidity) ความสามารถในการยืดออก (Extensibility) แรงเฉือน (Shear Rigidity) การดูดซับความชื้น ซึ่งตัวแปรเหล่านี้สามารถปรับเปลี่ยนเพื่อทำให้เกิดความสบายได้  
• คุณสมบัติอื่นๆ เช่น ป้องกันอาวุธเชื้อโรค กันกระสุน เปลี่ยนสีตามสภาพแวดล้อม (อำพรางตัวเองได้) เป็นความสามารถพิเศษที่เพิ่มเข้ามาสำหรับใช้ในทางทหาร ซึ่งเป็นหัวข้อวิจัยของสถาบันนาโนเทคโนโลยีทหาร ดังที่กล่าวมาข้างต้น

** โครงการ Wearable Intelligence ได้รับการสนับสนุนจาก ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่ง ชาติ **

อาภรณ์อัจฉริยะ - Wearable Intelligence (ตอนที่ 2)

ถ้าจะถามว่า นอกจากไฟแล้วมีเทคโนโลยีอะไรอีกที่สำคัญที่สุดที่มนุษย์ได้ค้นพบ ผมก็ขอตอบว่าสิ่งนั้นคือ สิ่งทอหรือผ้า มนุษย์เป็นสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวบนดาวเคราะห์ดวงนี้ที่รู้จักใช้สิ่งนี้ปกปิดร่างกาย และเราก็ใช้สิ่งนี้ทุกวันแบบอัตโนมัติราวกับว่าเรามีสิ่งนี้มาตั้งแต่เกิด เพราะถึงแม้เสื้อผ้าไม่ใช่สิ่งที่มีตามธรรมชาติก็ตาม แต่เราก็ใช้มันอย่างเป็นธรรมชาติ มันเป็นอุปกรณ์ชนิดเดียวที่ติดตามเราไปไหนได้ทุกที่โดยที่เราไม่ต้องหิ้วหรือถือเลย ดังนั้นในอนาคต เสื้อผ้าจะเป็นอุปกรณ์สารพัดประโยชน์ รวมทั้งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญที่สุด ใช้มากที่สุด และมีประโยชน์ที่สุดสำหรับมนุษย์เลยทีเดียว ทุกวันนี้ ถึงแม้เราจะมีโทรศัพท์มือถือแบบสมาร์ทโฟน ที่เราถือติดตัวไปไหนมาไหนได้ทุกที่ เจ้าโทรศัพท์นี้มีความสามารถขั้นเทพเสมือนเป็นคอมพิวเตอร์ประจำตัวของเรา จนบางคนเรียกว่า นี่คือยุคของ Ubiquitous Computing หรือ การประมวลผลแบบทุกหนทุกแห่ง หรือบางคนก็เรียกว่าเป็นยุคของ Pervasive Computing หรือ การประมวลผลแบบทุกหย่อมหญ้า อย่างไรก็ตามโทรศัพท์มือถือก็ใช่ว่าจะติดตามเราไปได้ทุกที่ เพราะเราอาจจะเผลอลืมไว้ที่ร้านอาหาร หรือ ทำมันตกลงไปในโถส้วมก็ได้ .... ต่างจากเสื้อผ้า ที่มันติดตามเราไปเหมือนเงาตามตัว โดยที่เราไม่เคยลืมมันไว้ที่ไหนเลย ดังนั้น การมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือประมวลผลไว้ในเสื้อผ้า หรือในสิ่งที่สวมใส่ (Wearable Computing) นี่สิถึงจะเรียกว่าระดับเทพจริงๆ

ไม่มีหลักฐานอย่างชัดเจนว่าการทอผ้าเริ่มขึ้นตั้งแต่เมื่อใด การค้นพบเส้นด้ายในถ้ำแห่งหนึ่งในประเทศจอร์เจียบ่งชี้ถึงอายุของเส้นด้ายว่ายาวนานถึง 34,000 ปีก่อนคริสตกาล ในอดีตกาล ผ้าทอเป็นเครื่องแสดงถึงฐานะและชนชั้น ในสมัยพุทธกาล การนำผ้าเนื้อดีถวายแด่พระพุทธองค์เป็นขัตติยะราชประเพณีของกษัตริย์ในแคว้นต่างๆ ของชมพูทวีป เนื่องจากเป็นทานที่มีอานิสงส์สูง แม้กระทั่งในปัจจุบันนี้ ประเพณีการแต่งงานของคนไทยเราเองก็ยังต้องมี “ผ้าไหว้” เพื่อเป็นของกำนัลแก่ผู้หลักผู้ใหญ่

ผ้าทอโบราณเป็นสิ่งที่แสดงถึงอัตลักษณ์และอดีตกาลของแต่ละชาติพันธุ์ที่ยังสืบทอดมาถึงทุกวันนี้ สำหรับบางชาติพันธุ์ที่ไม่เคยจารึกประวัติศาสตร์ใดๆไว้บนหลักศิลาเลย ความเป็นไปของชนเหล่านั้นก็ยังสืบสายได้บนลายผ้า ทั้งนี้เพราะลายผ้าทอของชนเผ่าต่างๆ เปรียบเสมือนดีเอ็นเอที่เก็บข้อมูลสำคัญของชนเผ่านั้น และถ้าหากเราวิเคราะห์ลายผ้าเหล่านั้นด้วยหลักคณิตศาสตร์ ก็จะสามารถเชื่อมโยงความเกี่ยวข้องระหว่างชนชาติต่างๆได้ ทั้งนี้เพราะลายผ้าทอของชนเผ่าต่างๆ ได้ทำหน้าที่เป็นเสมือนฮาร์ดดิสก์หรือศิลาจารึกที่เก็บข้อมูล ความเป็นมาของเผ่าพันธุ์และสืบทอดกันมาจนถึงปัจจุบันนี้

ตัวอย่างที่ค่อนข้างมีชื่อเสียงคือผ้าทอโบราณของเปรู ซึ่งมีการขุดค้นพบในหลุมฝังศพซึ่งเก็บรักษาไว้ค่อนข้างดี ชนเผ่าโบราณนี้แทบจะไม่ทิ้งหลักฐานที่เป็นลายลักษณ์อักษรเอาไว้เลยยกเว้นลายผ้าทอ ลายผ้าทอของชนเผ่านี้มีสมมาตรแบบฟรีซ (Frieze Symmetries) ซึ่งแยกออกเป็นหมวดหมู่ได้ 7 แบบ ทำให้สามารถสร้างลายผ้าได้หลากหลายมากมาย ตัวอย่างนี้ก็ได้แสดงถึงภูมิปัญญาทางด้านคณิตศาสตร์ของคนยุคนั้น ซึ่งแฝงไว้ในลายผ้าทอ โดยสมมาตรแบบฟรีสที่พบในลายผ้าทอนี้ ทำให้ผ้าทอชนิดนี้มีลายที่เหมือนเงาในกระจกระหว่างด้านทั้งสองของผ้า ซึ่งก็ทำให้สามารถสร้างลวดลายที่ซับซ้อนสวยงามได้หลากหลาย ไม่ว่าลายที่กลับซ้ายไปขวา กลับบนกลับล่าง การซ้อนกันเมื่อหมุนครึ่งรอบ เป็นต้น โดยการใช้ลูกเล่นของเส้นด้ายที่ต่างสีกันตั้งแต่ 2 ถึง 4 สี

ยังมีตัวอย่างอัจฉริยภาพในการเก็บข้อมูลสารสนเทศในลายผ้าอีก ครั้งหน้าเรามาคุยต่อนะครับ .....


** โครงการ Wearable Intelligence ได้รับการสนับสนุนจาก ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ **

Illuminating Dress - ชุดราตรีเปล่งแสง

สวัสดีครับ ตอนนี้ผมกลับมาจากเจจู เรียบร้อยแล้วครับ ในช่วงที่อยู่เกาหลีนั้น ได้เห็นสาวๆ เกาหลีแต่งตัวกันสวยๆ บนใบหน้าของพวกเธอก็แต่งแต้มด้วยเครื่องสำอางหนาเตอะ พอกกันไม่รู้กี่ชั้น จนหน้าแทบจะเหมือนตุ๊กตา ผมเดินหลงเข้าไปในร้าน Etude (อ่านเป็นภาษาไทยว่า อิ-ตู-ดี้ หรือ อี-ตู-เด้ แต่บางคนก็อ่านง่ายๆ ว่า อี-ตูด) เห็นสาวพริตตี้เชียร์ของในร้าน ใส่ชุดน่ารัก น่ารัก เหมือนเทพนิยายในเรื่องซินเดอเรลลา บรรยากาศในร้านก็ออกแนวแฟนตาซี ผมถึงเพิ่งเข้าใจว่าทำไมวัยรุ่นไทยถึงชอบเครื่องสำอางแบรนด์นี้

นึกถึงร้านอิตูดี้ ก็อดเขียนเรื่องนี้ไม่ได้ครับ เพราะไม่กี่วันมานี้เอง ได้มีการเปิดตัวชุดราตรีเปล่งแสง ออกแนวแฟนตาซี เพราะชุดราตรีชุดนี้สามารถที่จะเปล่งแสงได้ เนื่องจากว่ามันถักทอขึ้นมาจากอุปกรณ์เปล่งแสง (Light Emitting Device) เล็กๆ จำนวนกว่า 24,000 ดวง ซึ่งหลอด LED นี้เป็นแบบแบนบาง และยืดหยุ่นได้นี้ มีขนาดเพียง 2 mm x 2 mm เท่านั้นครับ นักออกแบบเสื้อผ้าได้ถักทอมันเข้ากับตัวผ้าไหม ทำให้มันสามารถที่จะขยับไปมาได้ตามเนื้อผ้า ถึงแม้จะมีอุปกรณ์นี้ติดอยู่เป็นหมื่นดวง ก็ไม่ได้ทำให้เสื้อผ้านี้มีน้ำหนักผิดปรกติ อีกทั้งตัวชุดยังมีความพริ้วไหวเหมือนผ้าอีกด้วย

นี่คือตัวอย่างหนึ่งของสิ่งทออิเล็กทรอนิกส์ (Textronics, Textile Electronics หรือ Wearable Electronics) ซึ่งปัจจุบันกำลังเป็นที่สนใจของวงการสิ่งทอ และ แฟชั่น ครับ ซึ่งตอนนี้คนที่ทำวิจัยเรื่องนี้มากก็คือ เกาหลี กับ ไต้หวัน ส่วนเมืองไทยเรา เท่าที่ผมติดตามถามไถ่คนในวงการสิ่งทอ ก็ยังไม่ค่อยรู้จักเรื่องนี้กันเท่าไหร่ครับ

สิ่งทอเวอร์ชัน 2.0 - Textile Version 2.0

สิ่งทอเป็นอุตสาหกรรมที่โบราณมากๆ ย้อนกลับไปได้ถึงยุคอียิปต์โบราณกว่า 3500 ปีก่อนคริสตกาล ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่ชาวอียิปต์ถักทอผ้าลินินกันอย่างเป็นล่ำเป็นสัน แต่เชื่อไหมว่าอารยธรรมจีนมีความเก่าแก่ในเรื่องนี้กว่าเพื่อน เพราะมีการทอผ้าฝ้ายใช้ตั้งแต่ 4500 ปีก่อนคริสตกาล จากนั้นก็มาคิดค้นการทอผ้าไหมในยุค 2600 ปีก่อนคริสตกาล ในสมัยก่อนเสื้อผ้าเป็นของหายาก โดยเฉพาะเสื้อผ้าคุณภาพดี สังเกตไหมว่าในวันแต่งงานตามประเพณีไทย (พิธีการตอนเช้า) ผู้ใหญ่ทั้งฝ่ายหญิงและชายจะต้องรับไหว้จากเจ้าบ่าว เจ้าสาว โดยมีผ้าดิบเป็นสื่อกลาง ในชนบทของไทยนั้น ผ้าทอก็ยังเป็นของกำนัลที่มักมอบให้แก่กันในงานสำคัญต่างๆ บรรพบุรุษชาวตะวันตกในอดีตขวนขวายหาทางมาซื้อผ้าไหมจากเมืองจีน จนเกิดตำนาน "เส้นทางสายไหม" หรือ Silk Road ซึ่งมีมาก่อนการเดินเรือมาทางตะวันออกเสียอีก


วิวัฒนาการของสิ่งทอนับแต่บรรพกาลจนถึงทุกวันนี้ แม้จะล่วงเลยมาหลายพันปีแล้ว สิ่งทอก็ยังมีฟังก์ชันหน้าที่ธรรมดาๆ ของมันอยู่ คือ ปกป้องผิวหนังจากสภาพแวดล้อมภายนอก โดยความสวยงามและการบ่งบอกฐานะกลายมาเป็นปัจจัยในการกำหนดราคาของมัน แม้เทคโนโลยีเส้นไยได้ถือกำเนิดขึ้นเพื่อมาทดแทนเส้นไยจากธรรมชาติ ในยุคที่เรามีการปฏิวัติปิโตรเคมีในช่วงกลางศตวรรษที่แล้ว แต่ปัจจุบันสิ่งทอก็ยังไม่ฉลาดมากไปกว่าการปกป้องผิวหนังจากสภาพแวดล้อมภายนอก โลกของสิ่งทออยู่ในเวอร์ชัน 1 มานานแล้ว


แต่นาโนเทคโนโลยี และ ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ กำลังจะทำให้สิ่งทอมีความฉลาดขึ้นมาเป็น Textile Version 2.0 ที่ซึ่งสิ่งทอมีความสามารถมากขึ้น เช่น ไม่ยับ ไม่ต้องรีด ไม่เหม็นอับ กันร้อนกันหนาว กันลม กันชื้น กันไฟ ซึ่งเป็นฟังก์ชันง่ายๆ ไปจนถึงคุณสมบัติพิเศษ เช่น ป้องกันอาวุธเชื้อโรค กันกระสุน เปลี่ยนสีตามสภาพแวดล้อม (อำพรางตัวเองได้) ติดตามสถานภาพของสุขภาพ เป็นต้น คุณสมบัติพิเศษอีกอย่างหนึ่งที่ Textile Version 2.0 จะมีก็คือฟังก์ชันด้านอิเล็กทรอนิกส์ โดยมีการนำเอาเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ เทคโนโลยีสื่อสาร วงจรอิเล็กทรอนิกส์ เข้าไปอยู่ในสิ่งทอ เรื่องนี้เป็นเรื่องที่ NECTEC น่าทำมากๆ เพราะเกี่ยวข้องกับอิเล็กทรอนิกส์ นักวิจัยที่ MIT ได้สาธิตการนำเอาเส้นใยนำไฟฟ้ามาถักโดยมีการออกแบบการไขว้ของเส้นด้าย ทำให้สามารถออกแบบเป็นคีย์บอร์ดที่สามารถรับรู้น้ำหนักการกด และให้สัญญาณไฟฟ้าออกมาแตกต่างกันได้ (คีย์บอร์ดของคอมพิวเตอร์ธรรมดาไม่รับรู้ความต่างของน้ำหนักการกด)


(ภาพด้านบนสุด - ชุดประจำชาติของอียิปต์ แม้จะเป็นที่ฮิตใส่กันเมื่อ 5500 ปีที่แล้ว ก็ยังเป็นอะไรที่มองแล้วสบายตาในปัจจุบัน)

(ภาพซ้ายมือ - บริษัท Infineon แห่งเยอรมันได้นำเครื่อง MP3 ควบคุมด้วยเสียงพูด ที่สามารถซักiรีดได้ มาสาธิตในญี่ปุ่น ในภาพ Pretty กำลังแสดงการกดปุ่มเปิด-ปิด)