หุ่นยนต์มีฮอร์โมน ช้างใกล้คนก็หลั่งฮอร์โมน

สัปดาห์ก่อนนายปรี๊ดเล่าเรื่องฮอร์โมนไปแล้ว จนหลายคนเริ่มสงสัยว่านอกจากแค่ควบคุมร่างกาย เราใช้ประโยชน์อะไรจากฮอร์โมนได้อีก สัปดาห์นี้จึงขอเล่าเรื่องฮอร์โมนในโลกยุคใหม่ที่ถูกนำไปใช้กับหุ่นยนต์ และช่วยแก้ไขปัญหาคนกับช้างป่าให้อยู่กันแบบ “ฟินๆ”

เมื่อหลายวันก่อนนายปรี๊ดพึ่งได้พบเพื่อนสมัยมัธยมที่ห่างหายกันไปหลายปี ได้คุยกันแล้วก็รู้สึกตื่นเต้นกับงานวิจัยที่เพื่อนทำเป็นวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอก ณ มหาวิทยาลัยยอร์ค ในประเทศอังกฤษ เกี่ยวกับเรื่องการใช้สิ่งมีชีวิตเป็นต้นแบบเพื่อพัฒนาหุ่นยนต์ (Organism inspired robot) ซึ่งเข้ากับเทรนด์ฮิตในปัจจุบันพอดี นั่น คือ “หุ่นยนต์ที่ใช้ระบบฮอร์โมน”

หลักการง่ายๆ ของหุ่นยนต์ปัญญาประดิษฐ์ที่ผู้พัฒนาโปรแกรม ใช้ระบบฮอร์โมนของสัตว์เป็นแรงบันดาลใจ เทียบเคียงได้กับการสร้างระบบเน็ตเวิร์คหรือโปรแกรมควมคุมศูนย์กลางการตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้น เพื่อปรับเปลี่ยนพฤติกรรมของหุ่นยนต์ที่ต้องเผชิญหน้ากับสิ่งแวดล้อมซึ่งมีความหลากหลายหรือเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ทั้งสิ่งเร้าภายนอก เช่น สภาพพื้นผิวต่างๆ และสิ่งเร้าภายใน เช่น การชำรุดของชิ้นส่วนต่างๆ เช่นเดียวกับระบบฮอร์โมนของคนหรือสัตว์ ที่มีระดับเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาเพื่อควบคุมร่างกายให้อยู่ในสมดุล หรือพร้อมจะแสดงพฤติกรรมต่างๆ เพื่อเอาชีวิตรอด

ภาวะธำรงดุล (homeostasis) หรือการรักษาสมดุลร่างกาย เช่น ปลาต้องรักษาสมดุลของเกลือในร่างกายผ่านพฤติกรรมการกินน้ำ การระบายเกลือออกทางเหงือก หรือขับเกลือภ่ายระบบขับถ่าย เพื่อให้สัมพันธ์กับความเข้มข้นของเกลือในน้ำรอบตัว ดังนั้นระบบรักษาสมดุลของปลาทะเล ปลาน้ำจืด และปลาน้ำกร่อย จึงแตกต่างกันตามสิ่งแวดล้อมที่ต้องอาศัยอยู่ ส่วนในคนระบบสมดุลของเกลือและน้ำถูกควบคุมด้วยการออสโมซิส (osmoregulation) ซึ่งเกิดขึ้นในไต แล้วใช้ฮอร์โมนกระตุ้นให้ร่างกายต้องดื่มน้ำหรือขับถ่ายออกมาทางปัสสาวะ กลไกของการรักษาสมดุลร่างกายนี้ ในสิ่งมีชีวิตชั้นสูงจะถูกควบคุมด้วยระบบประสาท ร่วมกับระบบฮอร์โมนส่งผลให้เกิดการเเสดงออกของพฤติกรรมตามมา

จากหลักการนี้เองทำให้เกิดศาสตร์ของการพัฒนาหุ่นยนต์ที่มีภาวะธำดงดุลเทียม หรือ Artificial Homeostasis System (AHS) ร่วมกับระบบที่พัฒนาคู่ขนานกันที่เรียกว่า Artificial Neural Networks (ANN) หรือระบบโครงข่ายประสาทเทียม เพื่อกำหนดให้หุ่นยนต์สามารถตรวจับสิ่งแวดล้อมภายนอกหรือภายในที่เปลี่ยนแปลงไป และส่งสัญญาณไปยังชิ้นส่วนเป้าหมายเพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสัญญานได้ทันทีโดยไม่ต้องรอคำสั่งจากคน เช่นเดียวกับการหลั่งฮอร์โมนจากต่อมไร้ท่อในสัตว์ ที่ส่งฮอร์โมนในลักษณะจดหมายจ่าหน้าซองไปยังอวัยวะเป้าหมายด้วยระบบเส้นเลือด

งานวิจัยที่ได้นายปรี๊ดได้ฟังมา เป็นแบบจำลองหุ่นยนต์กู้ภัยขับเคลื่อน 4 ล้อ ชื่อ Pioneer 3-AT ที่ต้องการพัฒนาระบบฮฮร์โมนเทียม ให้สามารถปรับเปลี่ยนการเคลื่อนที่ไปตามพื้นผิวต่างๆ ในสถานการณ์จำลองว่ามีเหตุตึกถล่ม แล้วหุ่นต้องเดินไปตามซากที่หักพังลงมา เพื่อตามหาผู้ได้รับบาดเจ็บ หุ่นกู้ภัยถูกติดเซนเซอร์สามมิติติดอยู่ด้านหน้า เพื่อทำหน้าที่เป็นตาเทียมเพื่อรับสัมผัส จากนั้นก็ถูกปล่อยให้เดินไปตามพื้นผิวที่มีอุปสรรคต่างๆ เช่น ทางขรุขระ หลุมบ่อ ทางลาดชัน บันได ต่างๆ นานา เพื่อดูว่าพฤติกรรมที่หุ่นยนต์แสดงผ่านระบบฮอร์โดมนเทียมจะเป็นอย่างไร จะวิ่งเร็วขึ้น ช้าลง หรือเอียงมุมไปทางไหน ตรงกับสิ่งเร้าหรือสิ่งแวดล้อมที่ต้องเจอจริงๆ หรือไม่

สิ่งที่น่าสนุกจนทำเอานักชีววิทยาอย่างนายปรี๊ดนั่งฟังอ้าปากหวอไปเลย ก็คือ เพื่อนนักวิจัย ได้ตั้งชื่อจุดเชื่อมต่อเพื่อส่งสัญญาณจากต่อมไร้ท่อเทียม (Artificial Hormones Grand) ไปยังตัวรับคำสั่งเทียม (Artificial Hormones Receptor) แถมมีการสร้างระบบส่งสัญญานของตัวยับยั้ง หรือ inhibitor ที่ทำหน้าที่ยับยั้งคำสั่ง หรือทำให้เกิดระบบทำงานย้อนกลับได้แบบฮอร์โมนจริงๆ อีกด้วย

สุดท้ายผลการสังเกตการติดตามพฤติกรรมของหุ่นยนต์ และระดับการส่งสัญญาณผ่านตัวรับก็แสดงออกมาคล้ายกับกราฟของระดับฮอร์โมนที่นักชีววิทยาอ่านเวลาที่ต้องแปรผลทางชีววิทยา แม้ผลการทดสอบจะไม่ประสบความสำเร็จเต็มร้อยเปอร์เซนต์ หุ่นยนต์ไม่ได้ทำตามระบบที่นักวิจัยเค้าคาดไว้เป๊ะๆ แต่เรื่องราวและมุมมองของวิศกรรมที่นำความรู้ด้านชีววิทยาพื้นฐาน อย่างเรื่องฮอร์โมนไปใช้ ก็ทำให้นักชีววิทยาตัวจริงต้องขนลุกอยู่ไม่ใช่น้อย

ปรับอารมณ์จากหุ่นยนต์นักกู้ภัย สู่โลกของการช่วยเหลือสัตว์ป่าให้หายใจอยู่ร่วมกับเราได้แบบฟินๆ ในปัจจุบันความก้าวหน้าของการวิจัยด้านฮอร์โมนมีส่วนช่วยเหลือและจัดการให้สัตว์ป่าตัวบึกเบิ้มแบบพี่ช้าง ได้อยู่ร่วมกับคนอย่างมีความสุข เป็น “ความสุข” ที่ไม่ใช่แค่วาทกรรมสวยๆ ที่นักการเมืองชอบพูด แต่เป็นการนำเทคนิคการตรวจวัดปริมาณฮอร์โมนมาใช้วัด “ระดับความสุข” ของช้างป่าจากก้อนอึของมันที่ทิ้งไว้ตามชายป่าต่างหาก

การวิจัยเรื่องฮอร์โมนที่มีผลกับพฤติกรรมหรือความรู้สึกสัตว์ป่า หากเกิดในกรงเลี้ยงหรือสวนสัตว์ก็เป็นเรื่องไม่น่าแปลกใจ เพราะแม้แต่หมีแพนด้าอย่าง เจ้าช่วงช่วง และหลินฮุ่น หรือบรรดาช้างป่าในปาง ก็มักถูกสัตวแพทย์เอาเข็มจิ้มดูดเลือดสดๆ มาตรวจระดับฮอร์โมนที่เกี่ยวข้องกับความเครียดอย่างคอร์ติซอล หรือฮอร์โมนที่เกี่ยวข้องกับการผสมพันธุ์ เช่น เอสโตรเจน โปรเจสเตอโรน เทสโทสเตอโรน อยู่เป็นประจำ เพื่อให้แน่ใจว่าสัตว์ที่เราตั้งใจอนุรักษ์ในกรงเลี้ยงจะไม่เครียดจน “น็อค” คากรง หรือไม่ยอม “จู๋จี๋” กันตามธรรมชาติไปเสียก่อน

ส่วนสัตว์ป่าที่อยู่อย่างอิสระและพร้อมจะต่อสู้เพื่อป้องกันตัวนั้น ใครจะกล้าเอาเข็มไปจิ้มดูดเลือดมาตรวจได้ แค่เข้าใกล้ก็คงโดนไล่เหยียบจนตัวแบน นักชีววิทยาชาวอเมริกันที่ทำวิจัยในแอฟริกาใต้ ซึ่งตั้งคำถามว่าช้างป่าที่เริ่มเพิ่มจำนวน จนล้นออกมาตามขอบป่าและต้องอาศัยอยู่ใกล้แหล่งชุมชน จะมี “ระดับความเครียด” สูงกว่าช่างที่ยืนร้อง “ฮูม....แปร้น” อยู่กลางป่าใหญ่หรือไม่? ครั้นจะอาศัยการสังเกตพฤติกรรมอย่างเดียวก็คงไม่พอ จึงต้องหาหลักฐานที่ช่วยยืนยันว่าช้างเครียด หรือช้างสุข จาก “ก้อนอึ” ของพวกมันแทน!

เนื่องจากขณะที่ช้างเบ่ง “อึ” ออกมาก็จะเกิดการครูดกับผนังและเมือกในลำไส้ใหญ่ ทำให้มีเซลล์และสารคัดหลั่งต่างๆ หุ้มก้อนอึของพี่ช้างติดออกมาด้วย ก่อนหน้านี้นักชีววิทยาใช้เมือกที่ห่อหุ้มก้อนอึ วิเคราะห์ DNA ของช้างป่าเพื่อระบุตัวตน หรือการสืบทอดพันธุกรรมในฝูงช้างได้สำเร็จมานานแล้ว แต่เทคนิคการวิเคราะห์หาปริมาณฮอร์โมนแห่งความเครียด หรือกลูโคคอร์ติคอยด์ (glucocorticoid: GC) ยังถือว่าเป็น เทคนิคที่พึ่งพัฒนาได้ในด้านการอนุรักษ์สัตว์ป่า เนื่องด้วยฮอร์โมนที่ติดออกมามีปริมาณน้อยมาก และอาจสลายตัวไปอย่างรวดเร็ว การทำวิจัยภาคสนามจึงต้องรีบเก็บ “อึ” ลงถังไนโตรเจนเหลวหรือนำแข็งแห้งแล้วรีบส่งไปวิเคราะห์ผลทันที

ผลที่วิเคราะห์ได้ก็ไม่แปลกใจว่าช้างป่าแอฟริกาในทุ่งซาวาน่าของเคนย่าที่ต้องอาศัยอยู่ตามขอบป่าใกล้กับชาวมาไซ มีฮอร์โมนความเครียดสูงกว่าช้างป่าที่อาศัยอยู่ในเขตอุทยาน ที่วันๆ มีแต่นักวิจัยและเจ้าหน้าที่ขับรถผ่านไปมาเท่านั้น แม้ผลการศึกษาจะไม่น่าแปลกใจ แต่การนำไปประยุกต์ใช้นั้นถือว่าเป็นจุดเปลี่ยนของการวิจัยเพื่ออนุรักษ์สัตว์ป่าเลยทีเดียว เพราะเทคนิคนี้สามารถนำไปใช้ศึกษาความเครียดเพื่อจัดการพื้นที่อาศัยในสัตว์ป่าอื่นๆ ได้ และยังสามารถเชื่อมโยงกับความพร้อมในการผสมพันธุ์ของสัตว์ป่าหายากที่อาศัยตามธรรมชาติเพราะมีข้อดี คือไม่ต้องไล่จับสัตว์มาเก็บตัวอย่างเลือด ซึ่งจะทำให้สัตว์ป่าเครียดไปกว่าเดิม และในปัจจุบันก็เริ่มมีนักวิจัยและสถาบันการศึกษาชองไทย ในคณะวิทยาศาสตร์และสัตว์แพทย์ร่วมกันพัฒนาระบบตรวจสอบฮอร์โมนความเครียดของช้างไทยตามขอบป่าแล้วเช่นกัน

เรื่องของฮอร์โมนในปี 2013 อาจต่างไปจากในตำราเรียน แม้ความรู้เรื่องฮอร์โมนจะดูเป็นความรู้ขั้นพื้นฐานไม่มีอะไรใหม่ แต่หากนำไปประยุกต์ใช้ ผสานกับแนวคิดล้ำๆ หรือแม้แต่ไขว้แนวคิดออกไปนอกสาขาชีววิทยา เคมี หรือการแพทย์ ก็สามารถพัฒนาศาสตร์ใหม่ จนทำประโยชน์ให้กับมนุษยชาติและสัตว์ร่วมโลกได้ไม่รู้จบ... ดูละคร แล้วย้อนดูตำรา ดูตำราแล้วตรวจตราตัวเองว่ายังมองความรู้พื้นฐานในมุมเดิมอยู่หรือไม่ เพราะแม้แต่เรื่องของฮอร์โมนในโลกวิทยาการสมัยใหม่ เค้าก็ก้าวไปไกลแล้วนะครับ

อ้างอิง
1. Teerakittikul P., G. Tempesti and A. M. Tyrrell. 2012. Artificial Hormone Network for Adaptive Robot
in a Dynamic Environment. NASA/ESA Conference on Adaptive Hardware and Systems 2012 (AHS-2012). 129-136.
2. Ahlering, M.A., J.E. Maldonado, L.S. Eggert, R.C. Fleischer, D. Western and J. Brown. 2013. Conservation outside protected areas and the effect of human-dominated landscapes on stress hormones in savannah elephants. Conservation Biology, 27: 569–575

เกี่ยวกับผู้เขียน
“นายปรี๊ด” นักศึกษาทุนปริญญาเอกด้านชีววิทยา ซึ่งมีประสบการณ์ในแวดวงวิทยาศาสตร์อย่างหลากหลาย ทั้งงานสอน บทความเชิงสารคดี ผลงานตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ ทำสื่อการสอน ของเล่นเชิงวิทยาศาสตร์กรรมการตัดสินโครงงาน วิทยากรบรรยายและนักจัดกิจกรรมเพื่อการจุดประกายวิทยาศาสตร์จากสิ่งใกล้ตัว

ติดตามอ่านบทความของนายปรี๊ดที่จะมาแคะคุ้ยเรื่องวิทย์ๆ...สะกิดต่อมคิด ให้เรื่องเล็กแสนธรรมดากลายเป็นความรู้ก้อนใหม่ ได้ทุกวันอาทิตย์เว้นอาทิตย์