“เรียนวิศวะไม่ต้องเรียนชีววิทยาหรอก ทิ้งไปเลย?” ศาสตร์ในโลกล้วนแต่เชื่อมโยงกัน เมื่อเรียนรู้ลึกลงไป เราต่างพบว่า ความจริงอาจมีเพียงก้อนเดียว คนเลือกมองในมุมที่ตนเองถนัดและสนใจ แต่ผู้ที่มองเห็นความหลากหลากต่างหาก คือ ผู้ที่อยู่รอด
สัปดาห์ก่อนๆ นายปรี๊ดหายไปเพราะงานล้นมือ หนึ่งในนั้นคือการเป็นวิทยากรพิเศษบรรยาย เกี่ยวกับ “ระบบรับรู้ของสิ่งมีชีวิต” ซึ่งก็คงไม่ใช่เรื่องแปลกถ้าไม่ใช่ครั้งนี้ เป็นการไปเล่าเรื่องชีววิทยาให้นักศึกษาวิศวกรหุ่นยนต์รุ่นใหม่ฟัง
วิชาที่นายปรี๊ดได้ไปร่วมสอนด้วย ชื่อว่า “Robotics Exploration หรือ เปิดโลกวิทยาการหุ่นยนต์“ ดูจากชื่อ ก็คงนึกไปว่าน่าจะสอนเกี่ยวกับนวัตกรรมและเทคโนโลยีด้านวิศวกรรม แต่หลักสูตรที่เขียนโดยรุ่นใหม่ ซึ่งเปิดกว้างทางความคิดไม่ปิดกั้นลูกศิษย์ให้เดินตามกรอบคิดของสาขาตัวเอง แต่พยายามสร้าง “แรงบันดาลใจจากธรรมชาติ” มาดำเนินเรื่อง
ใครว่าเรียนวิศวกรไม่ต้องเรียนชีววิทยา? คิดผิดแล้ว...หากต้องการสร้างนวัตกรรมให้กับโลก นักศึกษาวิศวกรรมหุ่นยนต์ในวันนี้ เปิดคอร์สคาบแรกด้วยการ “เบิกเนตร” จากนักเขียนด้านวิวัฒนการและพฤติกรรมชื่อดัง “แทนไทย ประเสริฐกุล” ให้ได้รู้จักกลไกมหัศจรรย์ของธรรมชาติ
ความรู้ทางชีววิทยาแต่ละระบบ เช่น ระบบกล้ามเนื้อ ระบบรับรู้ ระบบประสาท ระบบเลือดและหัวใจ ฯลฯ มีผู้เชี่ยวชาญเฉพาะด้านผลัดเปลี่ยนมาสอน ทั้งนักชีววิทยา นักชีวเคมี นักประสาทวิทยา แพทย์เฉพาะทางด้านสมอง ฯลฯ สลับกันไป กับปฏิบัติการทางวิศวกรรมสัปดาห์เว้นสัปดาห์ เช่น หลังจากที่นายปรี๊ดเล่าเรื่องระบบรับรู้เสร็จ สัปดาห์ถัดไปน้องๆ ก็จะฝึกสร้างเซนเซอร์ระบบรับรู้ของหุ่นยนต์ สอดรับการเรียนรู้ที่ผ่านมาอย่างลงตัว
ในห้องเรียน นายปรี๊ดเล่าถึงระบบการรับรู้ในสิ่งมีชีวิต สลับกับตัวอย่างหุ่นยนต์และเซนเซอร์ต่างๆ โดย ดร.ปิติวุฒญ์ ธีรกิตติกุล อาจารย์รุ่นใหม่ผู้จบปริญญาเอกมาด้วยงานวิจัย “ระบบฮอร์โมนในหุ่นยนต์” เราเปิดบรรยายด้วยการให้ทุกคนหลับตาแล้ว พ่นกลิ่นน้ำหอมปรับอากาศไปทั่ว เพื่อเปิดประสาทรับรู้ และมีกิจกรรมปิดการบรรยาย ด้วยการหลับตา บีบจมูกชิมอาหาร เพื่อเรียนรู้ว่าระบบรับรู้ของเรา ต้องทำงานผสมผสานกันเพื่อให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำที่สุด
ในมุมของนักชีววิทยา การพัฒนาหุ่ยยนต์ให้ตอบโจทย์ทางวิศกรรม น่าจะคล้ายกับ “การคัดเลือกทางธรรมชาติ” เมื่อต้องปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อม ภาวะคับขัน หรือกระบวนการผลิตที่มนุษย์ทำเองไม่ได้ทั้งหมด หุ่นยนต์จึงกลายเป็นตัวช่วยให้เรามีพลังมากขึ้น ระบบในหุ่นยนต์เองก็วิวัฒน์ตลอดเวลา ระบบใดที่ล้าหลัง ตอบโจทย์ไม่ได้ก็ต้องเก็บเข้ากรุ คัดเลือกแต่ระบบที่ใช้ได้นำมาพัฒนาต่อ
สิ่งสำคัญ คือ กลไลที่สร้างขึ้น ก็ล้วนแต่พยายามเลียนแบบธรรมชาติให้ได้มากที่สุด สุดท้ายการดำรงเผ่าพันธุ์ของเราอาจมีทางเดียวคือตอบโจทย์ธรรมชาติให้ได้ เพราะ “ธรรมชาติสร้างเกมส์ เรามีหน้าที่เล่นตามเกมส์”
โจทย์ของระบบรับสัมผัส คือ ต้องตอบสนองรวดเร็วต่ออุณหภูมิและแรงสัมผัส ใต้ผิวหนังของคน จึงมีเซนเซอร์รับความรู้สึกหลายแบบและมีความลึกที่ฝังอยู่ใต้ผิวหนังต่างกัน เช่น เซนเซอร์รับความเจ็บปวด แรงกดเบาจะอยู่ด้านบนสุด ลึกลงไปเป็นหน่วยรับความร้อน ความเย็น และลึกสุดคือแรงกดหนัก นอกจากนั้นยังมีเซนเซอร์รับการเสียดสีกันบริเวณข้อต่อกระดูก เซนเซอร์ทั้งหลายนี้ ในระบบวิศกรรมก็พยายามสร้างเลียนแบบ แต่ต้องแพ้ในเรื่องของขนาด และการทำงานที่ประสานกันอย่างมีประสิทธิภาพ
** วิดีโอ: หุ่นยนต์เลียนแบบหนวดหนู http://youtu.be/R694lNntTlo **
โจทย์ของหนูบ้านและสัตว์หากินกลางคืน คือต้องเคลื่อนที่ในที่มืด การใช้ตา จมูก หูอาจไม่เพียงพอ หนวดยุบยับน่าขยะแขยงของมันจึงสามารถสัมผัสและสร้างภาพพื้นผิวแบบสามมิติในสมองของมันได้ นอกจากจะรับรู้ทิศทาง อาหาร แล้วหนวดของมันถือใช้แทนมือเพื่อจำจดใบหน้าของหนูตัวอื่นร่วมกันการดมกลิ่น จนกลายเป็นหุ่นยนต์มีหนวดที่สามารถแปรภาพสามมิติได้
โจทน์ของการรับเสียง แปรเปลี่ยนตามถิ่นอาศัย ในช่องหูของเราและสัตว์ที่อาศัยอยู่บนบก มีกระดูกชิ้นเล้กชื้นน้อยจำนวนมากที่ช่วยกันแปลคลื่นเสียงผ่านตัวกลางคืออากาศ จนเป็นสัญญาณไฟฟ้าส่งไปตามกระแสประสาท ในสัตว์บกชนิดอื่นๆ แม้ไม่มีใบหูแต่ก็มีระบบการรับฟังที่แตกต่างออกไปมากมาย เช่น แมงมุมรับฟังเสียงที่เกิดจากการสั่นของใยด้วยขนที่แทรกอยู่ตามขา
ส่วนสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในน้ำ อย่างโลมาและวาฬรับฟังเสียงรอบตัวและเสียงสะท้อนจากคลื่นที่ตัวเองสร้างด้วยกระดูกขากรรไกร สิ่งเหล่านี้ถูกนำไปใช้น้อยมาก ที่เห็นเด่นชัด มีเพียงแต่การใช้คลื่นโซนาร์ใต้น้ำ คลื่นอัลตราโซนิกเพื่อช่วยระบุตำแหน่ง เครื่องช่วยฟัง และลำโพงขยายเสียง ยังมีช่องว่างระหว่างอวัยวะรับเสียงอีกมากมายที่ยังปรับใช้ในงานวิศวกรรมได้
** วิดีโอ: วาฬปล่อยคลื่นเสียงเพื่อจับการเคลื่อนไหวของเหยื่อ http://youtu.be/_z2Lfxpi710 **
ตาของสัตว์ก็มีหลายแบบ วิวัฒนาการสร้างตา เพื่อตอบสนองต่อแสง สัตว์โบราณมีตาเพียงเพื่อรับรู้ทิศทางของแสง ตาประกอบของแมลงแปลผลแบบพิกเซลล์ แม้ไม่เห็นภาพแต่รับรู้ได้ละเอียด แม้การเคลื่อนไหวของเส้นผม ตาพัฒนาขึ้นเรื่อยๆ จนสามารถแยกคลื่นแสงและรับภาพได้ใน หมึก นก สัตว์เลื้อยคลานและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม หุ่นยนต์ที่สร้างเพื่อรับภาพและตอบสนองต่อแสงจึงมีหลากหลายมาก หุ่นยนต์บางชนิดไม่จำเป็นต้องแปลผลเป็นภาพ อาจใช้เพียงความสามรรถในการบอกทิศทางแสง หรือแค่การเปลี่ยนแปลงของแสงเหมือนตาประกอบของแมลงก็เพียงพอแล้ว ขึ้นอยู่กับโจทย์ของผู้พัฒนา
สิ่งลึกลับที่สุดที่วิศวกรหุ่นยนต์ยังไม่ค่อยนำมาใช้ คือการใช้สนามแม่เหล็กโลก และสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดเล็ก นกและเต่าทะเล ใช้ประสาทสัมผัสหลากหลายในการนำทางอพยพ ทั้งทิศทางดาว กลิ่นสารเคมี และสนามแม่เหล็กโลก ตุ่นปากเป็ดและปลาที่หากินใต้โคลนมืดหลายชนิด ปล่อยกระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กรอบตัว เพื่อสร้างภาพอาหารและสิ่งกีดขวางแบบสามมิติในสมอง แนวความคิดนี้ยังมีโอกาสพัฒนาได้มาก เพราะทางวิศกรรมมีเพียงเซนเซอร์เข็มทิศฝังอยู่ในโทรศัพท์มือถือและ GPS ที่เราใช้กันอยู่ในชีวิตประจำวัน
ประเทศที่มีชื่อเสียงด้านการสร้างหุ่นยนต์เลียนแบบธรรมชาติ มักอยู่ในเขตอบอุ่น เช่น เกาหลี ญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา เยอรมัน อังกฤษ ฯลฯ ซึ่งมีความหลากหลายทางชีวภาพน้อยกว่าเรามาก ต้นแบบหลายอย่างถูกคัดลอกมาจากสิ่งมีชีวิตในเขตร้อน วันนี้แม้จะต้องยอมรับว่าเรายังไม่พร้อมเท่า แต่ความรู้ในโลกปัจจุบันนั้นเทียมกัน
การสร้างหุ่นยนต์หรือชิ้นส่วนในสายการผลิต ที่สามารถตอบโจทย์การใช้ชีวิตในเขตร้อน หรือสนับสนุนอุตสาหกรรมท้องถิ่น เช่น อุตสาหกรรมเกษตรและอาหารมีความต้องการสูงมากขึ้นเรื่อยๆ การคิดเอง ผลิตเอง ใช้เอง ไม่ต้องวิ่งตามนวัตกรรมตะวันตก น่าจะเป็นแนวทางของการการสร้างหุ่นยนต์รุ่นใหม่ที่มีกลไกที่ตอบโจทย์ตามสิ่งแวดล้อมและวิถีชีวิตแบบเราๆ
ผมเคยคุยกับเพื่อนนักหุ่นยนต์ที่เชิญมาสอนตั้งแต่สมัยสมัธยมว่า อยากเห็นหุ่นยนต์กู้ภัยที่ม้วนเป็นก้อนกลมได้เหมือน “กระสุนพระอินทร์” พอโยนเข้าไปในกองไฟหรือซากตึกถล่มแล้วมันกางออกเอง ใช้หนวดเล็กๆ รับสัมผัสไต่หาผู้บาดเจ็บ ระบบการผลัดใบของต้นไม้ในเขตร้อน ที่พืชผลัดใบด้วยกลไลของความชื้นในดินก็น่าสนใจเพราะแตกต่างกับเขตหนาว ที่พืชผลัดใบเพราะอุณหภูมิและความชื้นในอากาศ วิธีการปรับตัวเพื่อตอบโจทย์ธรรมชาติใกล้ๆ ตัว น่าจะเป็นกลไกที่วิศวกรรุ่นใหม่ให้ความสนใจ
มหาวิทยาลัย องค์กรวิทยาศาสตร์ และบริษัทเอกชนขนาดใหญ่ มักมี “Inspired Garden หรือ สวนแห่งแรงบันดาลใจ” ที่เปิดพื้นที่ให้ผู้คนต่างสาขามาพบปะกัน นักชีววิทยาชวนวิศกรดูแมลง นักชีวเคมีชวนนักฟิสิกส์ดูเม็ดสีในใบไม้ การแลกเปลี่ยนเรียนรู้ระหว่างสาขาต้องการ “เวทีและพื้นที่” ให้เกิดไอเดียใหม่ๆ จากสิ่งรอบๆ ตัว สวนสร้างได้ แต่น่าแปลกที่ไม่เคยเห็นในบ้านเรา
** วิดีโอ: กระสุนพระอินทร์ สัตว์ลึกลับที่น่าใช้เป็นต้นแบบหุ่นยนต์ http://youtu.be/ZWg71eEcvVg **
ลิงค์แนะนำ
สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (FIBO) สาขาวิศวกรรมหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
http://fibo.kmutt.ac.th/fiboweb/2013/index.php/th
บทความ: หุ่นยนต์มีฮอร์โมน ช้างใกล้คนก็หลั่งฮอร์โมน คุยวิทย์สะกิดใจ 28 กรกฎาคม 2556
http://www.manager.co.th/science/ViewNews.aspx?NewsID=9560000092646
เกี่ยวกับผู้เขียน
“นายปรี๊ด” นักศึกษาทุนปริญญาเอกด้านชีววิทยา ซึ่งมีประสบการณ์ในแวดวงวิทยาศาสตร์อย่างหลากหลาย ทั้งงานสอน บทความเชิงสารคดี ผลงานตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ ทำสื่อการสอน ของเล่นเชิงวิทยาศาสตร์กรรมการตัดสินโครงงาน วิทยากรบรรยายและนักจัดกิจกรรมเพื่อการจุดประกายวิทยาศาสตร์จากสิ่งใกล้ตัว
ติดตามอ่านบทความของนายปรี๊ดที่จะมาแคะคุ้ยเรื่องวิทย์ๆ...สะกิดต่อมคิด ให้เรื่องเล็กแสนธรรมดากลายเป็นความรู้ก้อนใหม่ ได้ทุกวันอาทิตย์เว้นอาทิตย์
*******************************
*******************************
