แขนกลยืดหยุ่น ความหวังใหม่แห่งวิศวกรรมชีวการแพทย์ : ดร.ป๋วย อุ่นใจ

ดร. ป๋วย อุ่นใจ

ทะลุกรอบ

ป๋วย อุ่นใจ

 

แขนกลยืดหยุ่น

ความหวังใหม่แห่งวิศวกรรมชีวการแพทย์

 

แขนเทียมมีมายาวนาน นานมากย้อนไปถึงตั้งแต่ก่อนเริ่มคริสตกาล ที่เก่าแก่ที่สุดที่มีคนเคยเจอมาก็มีอายุปาไปถึงราวๆ สามพันปี ในสมัยอารยธรรมอียิปต์โบราณเลยทีเดียว

แม้จะมีการพัฒนาไปอย่างมหาศาล ทั้งจากองค์ความรู้ทางด้านประสาทวิทยาศาสตร์ แนวคิดด้านวิศวกรรม มีการเอาเทคโนโลยีไซเบอร์เนติก (cybernetics) ที่ล้ำยุคเข้ามาช่วย จนแขนกลในปัจจุบัน

บางเวอร์ชั่นก็ดูอลังการราวกับหลุดออกมาจากโลกแห่งอนาคต พอเอามาใส่เมื่อไหร่ก็ดูเหมือนจะทรานสฟอร์มคนใช้ให้กลายเป็นไซบอร์กเหนือมนุษย์ไปเลย

แขนกลบางรุ่นแอดวานซ์มากถึงขนาดสามารถรับและแปลงสัญญานประสาทที่เป็นสัญญาณไฟฟ้าอ่อนๆ จากกล้ามเนื้อในท่อนแขนเพื่อเอามาใช้ในการควบคุมแขนกลได้โดยตรง

แขนกลพวกนี้เรียกว่า นิวโรพรอสเทติก (neuroprosthetics) หรือบางคนก็เรียกว่าเป็นแขนไบโอนิก (bionic limbs)

แต่แขนกลไบโอนิกส่วนใหญ่มักจะทำขึ้นมาแนวๆ จะเป็นแขนหุ่นยนต์สไตล์โบราณแบบที่ใช้วงจรไฟฟ้าและมอเตอร์เป็นตัวขับเคลื่อน

ข้อดีคือพัฒนาไปได้ไว และน่าสนใจมาก

แต่ข้อเสียก็คือเทอะทะ เนื่องจากมักจะมีโครงสร้างเป็นโลหะ จึงมักจะหนัก และมีราคาแพงหูฉี่

ยิ่งเจ๋ง ยิ่งคล่องตัว ก็ยิ่งแพง

โมเดลที่ดุๆ ล้ำๆ หน่อยอาจจะสนนราคาไปได้ถึงหลักหมื่นดอลลาร์สหรัฐ หรือก็คือราวๆ สามถึงสี่ล้านบาทเลยทีเดียวต่อแขนกลข้างหนึ่ง

courtesy of the researchers, Shanghai Jiao Tong University/MIT

ซึ่งหากจะผลิตและแจกกระจายหรือขายราคาถูกแบบไม่ให้มีความเหลื่อมล้ำคงไม่ไหว เพราะต้นทุนค่อนข้างจะสูง

แต่ข่าวดีเพิ่งจะประกาศตัวออกมาในวารสาร nature biomedical engineering เมื่อเดือนสิงหาคมที่ผ่านมา

ทีมวิจัยของมหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เจี่ยงทงร่วมกับเอ็มไอทีได้ พัฒนาแขนกลเวอร์ชั่นยืดหยุ่นที่มีต้นทุนอยู่แค่ราวๆ ห้าร้อยดอลลาร์ หรือถ้านับเป็นเงินไทยก็แค่ราวๆ สองหมื่นบาทเท่านั้น

ซึ่งราคานี้ถ้าเทียบกับราคาของขาเทียม แขนเทียมแบบธรรมดาไม่มีฟังก์ชั่นอะไรพิสดารที่เอามาแจกๆ กันอยู่ในปัจจุบันนั้นก็ถือว่าลงทุนต่างกันไม่มากเท่าไหร่ เพราะที่เช็กราคาคร่าวๆ มาในตลาดตอนนี้ แขนกลแบบที่ทำได้แค่กำกับแบ หรือแค่แบบกดปุ่มให้หนีบๆ ก็สนนราคาอยู่หลักหมื่นปลายใกล้ๆ แสนอยู่แล้ว

ต้นทุนสองหมื่นจึงเป็นอะไรที่น่าสนใจ เพราะแขนกลเวอร์ชั่นใหม่ เมดอินไชน่า อันนี้ แยกนิ้วได้ครบห้านิ้ว ไม่ใช่แค่กำกับแบ แต่ทำได้ทุกท่าตั้งแต่จับจีบ กำหมัด หรือแม้แต่ทำมือเป็นถ้วยเพื่อขอขนม

ที่สำคัญ รับสัมผัสได้ด้วยทำให้คนที่สวมใส่รู้ได้ถึงความรู้สึกของของที่เขาจับอยู่ ยกขวด ยกน้ำหนักก็ทำได้ หยิบสตรอว์เบอร์รี่ก็ไม่บี้แบน หรือแม้แต่หยิบเค้กก็ยังคงรูปสวย

พวกเขาออกแบบแขนกลนี้ไว้อย่างแยบยล ทั้งแขนห่อหุ้มด้วยวัสดุที่ยืดหยุ่นได้ดีที่เรียกว่าอีโคเฟลกซ์ (ecoflex) ให้ความรู้สึกหยุ่นๆ นุ่มๆ เหมือนนิ้วมนุษย์

แต่ละนิ้วถูกออกแบบมาให้เป็นท่อที่ทำจากไฟเบอร์มีบอลลูนซ่อนอยู่ข้างใน ซึ่งบอลลูนนี้จะต่อกับปั้มลมที่อยู่ในกระเป๋าคาดเอวอีกที

ส่วนฝ่ามือนั้นพิมพ์ขึ้นมาจากเครื่องพิมพ์สามมิติ

และเนื่องจากไม่มีมอเตอร์และวงจรไฟฟ้าที่เชื่อมต่อในแต่ละนิ้วเหมือนกับแขนกลทั่วไปทำให้น้ำหนักของแขนกลยืดหยุ่นนี้เบามากถ้าเทียบกับโมเดลอื่นๆ มีน้ำหนักเพียงแค่ราวๆ สองร้อยกรัมหรือเพียงสองขีดเท่านั้น

จึงเหมาะอย่างยิ่งที่จะเอามาใช้ทดแทนแขนของคนที่สูญเสียไป

courtesy of the researchers, Shanghai Jiao Tong University/MIT

ในส่วนของกลไกควบคุม โปรแกรมเมอร์ เชาถิง ลิน (Shaoting Lin) ได้ศึกษาแบบแผนของการส่งกระแสประสาทในกล้ามเนื้อจากเซ็นเซอร์ EMG (electromyography) มาเป็นอย่างดี และได้สร้างแบบจำลองในการควบคุมมือกล

โปรแกรมจะคำนวณแรงลมที่จำเป็นจะต้องอัดเข้าไปในแต่ละนิ้วเพื่อสร้างแรงดันภายในให้เหมาะสมที่จะเคลื่อนไหวเพื่อตอบโจทย์ในแต่ละท่วงท่าที่นึกคิดและกิจกรรมที่มาดหมายจะทำ ซึ่งตัวโปรแกรมจะออกคำสั่งให้คอนโทรลเลอร์ไปควบคุมการทำงานของปั๊มลมที่ติดอยู่ที่เอวอีกที

ซึ่งพอปั๊มลมทำงาน มือกลก็จะขยับได้ ตามที่ผู้ใช้คาดคิด

ยิ่งไปกว่านั้น ที่ปลายนิ้ว ทีมวิศวกรยังได้ติดเซ็นเซอร์รับแรงกดเอาไว้เพื่อส่งสัญญาณกลับทำให้ผู้ใช้รู้สึกถึงของที่จับได้ด้วย นอกจากจะทำให้ควบคุมการจับหรือแรงที่ใช้ได้ดีขึ้นเเล้ว ยังช่วยให้พวกเขาได้มีความรู้สึกถึงการสัมผัสสิ่งของรอบตัวด้วยมืออีกครั้ง

ซึ่งต้องบอกว่าออกแบบมาได้เจ๋งและเข้าใจคนใช้เทคโนโลยีมากๆ

courtesy of the researchers, Shanghai Jiao Tong University/MIT

เพื่อทดสอบประสิทธิภาพ ทีมวิจัยขอให้อาสาสมัครทดลองใช้แขนกลเพื่อทำกิจกรรมหลายๆ อย่างและเปรียบเทียบกับแขนกลระดับท็อปออฟเดอะไลน์

และผลที่ได้ก็น่าตื่นเต้นมาก เพราะเพียงแค่ได้ลองใช้แขนกลแค่สิบห้านาที อาสาสมัครก็สามารถใช้แขนกลนี้ทำกิจกรรมต่างๆ อย่างเช่น ตั้งตัวหมากฮอสให้เป็นทาวเวอร์ จับมือทักทายคนแปลกหน้า เล่นกับเเมว ไปจนถึงหยิบแก้วไวน์มาดื่ม คุกกี้มากิน หรือแม้แต่ปลดซิปเสื้อแจ๊กเก็ตได้ดีมากๆ ราวกับเป็นแขนตัวเองหรืออย่างน้อยก็ไม่ต่างจากการใช้แขนกลที่พวกเขาคุ้นเคยและได้ฝึกใช้มาแล้วอย่างช่ำชองได้อย่างน่าอัศจรรย์

ส่วนเรื่องความทนทาน ทีมวิจัยลองเอาค้อนทุบและรถทับ แขนกลของพวกเขายังสามารถบิดกลับมาเป็นรูปเดิมแล้วเอามาใช้งานใหม่ได้เป็นปกติ ต้องบอกว่าไม่ธรรมดาจริงๆ

ด้วยความง่ายในการใช้งานผนวกกับน้ำหนักที่เบากว่า ผิวสัมผัสที่นุ่มกว่า อีกทั้งยังสามารถสะท้อนแรงให้ผู้ใช้รู้สึกได้ถึงสิ่งของที่หยิบจับ

อาสาสมัครทุกคนจึงเอ่ยชื่นชมเป็นเสียงเดียวกันว่าแขนกลยืดหยุ่นเวอร์ชั่นนี้ดีเลิศล้ำกว่าแขนกลใดๆ ที่เคยทดลองใช้มา แม้จะเป็นแขนกลเวอร์ชั่นไฮโซก็ยังสู้ไม่ได้

 

นี่อาจจะเป็นนวัตกรรมที่จะช่วยเปลี่ยนชีวิตของผู้พิการในสังคมไปอย่างกู่ไม่กลับ แน่นอนว่ายังมีคนอีกหลายล้านคนทั่วโลกที่ยังคงรอความหวังที่จะมีเทคโนโลยีแบบนี้มาใช้งาน

ในประเทศไทย จากการลองเสิร์ชดู ก็เห็นมีคนพยายามเริ่มๆ ทำ เริ่มๆ พัฒนาแขนกลในแนวนี้อยู่บ้าง แม้จะยังไม่แอดวานซ์เท่า แต่ก็ถือว่ามีการก้าวไปอยู่ในจุดที่น่าจะดันต่อ

ในยุคแห่งข้อมูลข่าวสาร ทุกอย่างค้นคว้าได้ทางอินเตอร์เน็ต ก็คงไม่ยากหากวิศวกรไทยจะเรียนรู้เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีนวัตกรรมที่เทียบเท่าหรือดีกว่าให้คนไทยได้ใช้กันได้ในอนาคต แน่นอนว่าคงจะเดินไปได้ไว ถ้ามีการสนับสนุนที่เหมาะสม!

อย่าลืมว่านวัตกรรมจะช่วยยกระดับคุณภาพชีวิตคน และทุกคนควรจะมีสิทธิที่จะมีชีวิตที่ดีและมีความสุข

 

บทความก่อนหน้านี้สมาคมร้านอาหารไทย เสนอเลื่อนมาตรการ ‘โควิด ฟรี เซตติ้ง’ ชี้ฉีดวัคซีนยังไม่ครอบคลุม
บทความถัดไปโต้กลับ! “เสกสกล” แฉส.ส.ฝ่ายค้าน อักษรย่อ “ว.” รับงานคนทางไกลดีลล้ม “ประยุทธ์”