ทะลุกรอบ

ป๋วย อุ่นใจ

 

เปิดตัวฮีโร่สายพันธุ์ใหม่

: ‘น้องสาบไซบอร์ก’

น้องมีหกขา หน้าตาจิ้มลิ้ม ผิวสีเข้มคมขำ

สำหรับหลายๆ คน น้องก็คือเบอร์หนึ่งในดวงใจ เมื่อใดที่ได้เห็นน้องวิ่งหลงทางเข้ามาเฉียดใกล้ หัวใจก็จะไหวหวั่น ยิ่งในยามที่น้องตกใจโผบินเข้าใส่ บางคนก็อาจจะถึงขั้นผงะถอยหลัง หรือไม่ก็เผลอกรีดร้องออกมาราวเสียจริตด้วยความประหวั่นพรั่นพรึง

แม้ว่าสำหรับหลายคน การเรียก “แมลงสาบ” ว่าน้อง อาจจะฟังดูพิกล แต่สำหรับวัยรุ่นสมัยนี้ ที่ผมได้พบประสบมา น้องเรียกทุกอย่างเป็น “น้อง” หมด (ยกเว้นเรียกผมว่าลุง T_T)

สำหรับนักวิจัย น้องสาบ ถือยืนหนึ่งมาเนิ่นนานในด้านแรงบันดาลใจ เพราะความ “อึด” “ถึก” และ “ทน” จนเรียกว่าแทบจะเป็นปาฏิหาริย์ เรียกว่ากระทืบไปเต็มๆ ยังอาจลุกมาวิ่งต่อได้ แถมถ้าจนมุม ยังถลาใส่ให้ตกใจเล่นได้อีก

ทำให้น้องเป็นสุดยอดโมเดลต้นแบบในการออกแบบนวัตกรรมชีวเลียนแบบ

ในปี 2016 โรเบิร์ต ฟูล (Robert Full) และทีมวิจัยชีววิทยาบูรณาการจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ (University of California Berkeley) ได้ออกแบบเครื่องบี้แมลงสาบระบบไฮโดรลิกออกมาเพื่อศึกษาว่าร่างกายของแมลงสาบนั้นยืดหยุ่นและสามารถทนแรงกดได้มากแค่ไหน

และผลที่ออกมาก็น่าทึ่งมาก เพราะร่างกายของน้องสาบสายพันธุ์อเมริกันที่เขาเอามาทดลองนั้นสามารถทนแรงกดได้มากถึง 900 เท่าของน้ำหนักตัวมันโดยที่ไม่มีอาการบาดเจ็บใดๆ

ฟูลมีความตื่นเต้นกับแมลงมาก สำหรับเขา น้องคือแรงบันดาลใจ

“แมลงคือสิ่งมีชีวิตที่ประสบความสำเร็จที่สุดบนพื้นพิภพ พวกมันกระจายไปได้ทุกหนแห่ง เราจึงควรใช้พวกมันเป็นต้นแบบเป็นแรงบันดาลใจเพื่อสร้างหุ่นยนต์รุ่นใหม่ที่มีความสามารถเช่นเดียวกับที่พวกมันทำได้” ฟูลกล่าว

ฟูลได้ศึกษาโครงสร้างของน้องรวมทั้ง กลไกการเดิน การวิ่ง และการไถลผ่านช่องแคบอย่างละเอียด ซึ่งทำให้เขาสามารถไขความลับในเชิงวิศวกรรมได้ว่า ทำไมน้องถึงไถลได้ว่องไว ความเร็วไม่ตก แม้จะถูกบีบอยู่ในช่องแคบๆ ที่มีความสูงไม่ถึงหนึ่งในสี่ของตัวมันได้

ปรากฏว่าน้องสาบอเมริกันสามารถบิดขาออกมาไว้ข้างตัว และแม้ว่าขาจะดูผิดรูปผิดตำแหน่ง แต่ก็ยังเคลื่อนที่ได้เป็นอย่างดี หน้าแข้งของน้องเต็มไปด้วยขน (sensory spine) เล็กๆ และขนพวกนี้เองที่จะทำหน้าที่แทนขาเพื่อช่วยสร้างแรงผลักที่จะทำให้มันเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้รวดเร็วตามใจราวกับว่าไม่มีอะไรมาบีบมันอยู่ได้…

ฟูลได้ออกแบบหุ่นยนต์เลียนแบบโครงสร้างของแมลงสาบ ที่แม้จะถูกกดถูกบี้ให้อยู่ในที่ที่บีบแบน ก็ยังบิดตัวและเคลื่อนที่ได้รวดเร็วเหมือนเดิม เขาเรียกหุ่นยนต์แมลงสาบของเขาว่า CRAM (Compressible Robot with Articulated Mechanisms)

สำหรับฟูลแล้ว นี่คือมิติใหม่ของวงการหุ่นยนต์ยืดหยุ่นที่อาจจะนำมาใช้ในการออกแบบหุ่นยนต์กู้ภัยในรูปแบบใหม่ที่สามารถแทรกตัวเข้าไปในพื้นที่ภัยพิบัติเพื่อช่วยผู้ประสบภัยได้เป็นอย่างดี

แต่ปัญหาสำคัญในการออกแบบหุ่นยนต์บรรเทาสาธารณภัยแบบนี้ ก็คือมันเขมือบแบตเตอรี่แบบกระจุยกระจาย หุ่นยนต์แมลงตัวเล็กๆ อาจจะใช้กำลังไฟมากถึง 300 มิลลิวัตต์ วิ่งกู้ภัยได้ประเดี๋ยวเดียวก็หมดสภาพ นอนเป็นผัก รอคนไปเก็บกู้มาชาร์ตไฟเพิ่มอีกที แทนที่จะเป็นประโยชน์ กลับซ้ำเติมกลายเป็นภาระอีก

และยิ่งถ้าเติมเซ็นเซอร์ตรวจจับความร้อน ตรวจจับสารเคมีเข้าไป ก็จะยิ่งเปลืองแบต และถ้ามีกล้องและวิทยุติดต่อติดเข้าไปอยู่ด้วยอีกละก็ แบตก็จะยิ่งหมดเร็วยิ่งขึ้นไปอีก

นักวิจัยมากมายจึงเริ่มที่จะมองลู่ทางอื่นๆ ในการประยุกต์ใช้ร่างกายของแมลงสาบที่อึด ถึก ทน และสามารถแทรกซึมเข้าไปได้ในแทบทุกพื้นที่เพื่อภารกิจเก็บกู้วินาศภัย

“วันที่ 11 มีนาคม 2011 เกิดแผ่นดินไหวครั้งใหญ่ที่ญี่ปุ่น ในตอนนั้น สิงคโปร์คือชาติแรกที่ส่งทีมกู้ภัยไปช่วย” ฮิโรทากะ ซาโต้ (Hirotaka Sato) ผู้เชี่ยวชาญหุ่นยนต์จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีหนานหยาง (Nanyang Technological university) รำลึก

“ในปีนั้น ผมเพิ่งได้ตำแหน่งผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่หนานหยาง และด้วยการสนับสนุนของมหาวิทยาลัย ผมจึงได้เริ่มตั้งกลุ่มวิจัยไซบอร์กและหุ่นยนต์ขึ้นมา”

ซาโต้ซาบซึ้งกับความช่วยเหลือระดับประเทศของสิงคโปร์ในเหตุการณ์แผ่นดินไหวครั้งนั้น จนเกิดเป็นแรงบันดาลใจที่ทำให้เขามุ่งมั่นคิดค้นเทคโนโลยีใหม่ๆ เพื่อย้อนกลับมาช่วยพัฒนาหน่วยปฏิบัติการกู้ภัยของสิงคโปร์ให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

ถ้าธรรมชาติสรรสร้างระบบที่เจ๋งที่สุดมาให้เราแล้ว ทำไมเรายังจะต้องไปพยายามสร้างมันขึ้นมาใหม่ ซาโต้มองต่างมุม เขาเริ่มให้ความสนใจแมลงหลายชนิด แต่ที่ติดตราตรึงใจมากที่สุดเห็นจะเป็นน้องสาบสายพันธุ์มาดากัสการ์ (Madagascar hissing cockroach) เพราะขนาดที่ใหญ่และยาว ตัวโตเต็มวัยอาจจะยาวได้ถึง 7.6 เซนติเมตร ยาวกว่าแมลงสาบเขตร้อนทั่วไปที่พบในสิงคโปร์มากถึงหนึ่งในสาม และมีน้ำหนักราวๆ หนึ่งในสี่ขีด

ยิ่งไปกว่านั้น แมลงสาบสายพันธุ์นี้ยังมีความทนทรหดอย่างน่าอัศจรรย์ พวกมันสามารถทนต่อรังสีได้มากกว่ามนุษย์ถึงสิบเท่า และอยู่ได้นานถึง 7 วัน แม้จะไม่มีหัว

 

ทีมวิจัยของซาโต้ ร่วมกับสำนักงานความมั่นคงด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (Singapore’s Home Team Science and Technology Agency, HTX) และบริษัทวิศวกรรม Klass Engineering and Solutions ได้ออกแบบกระเป๋าแบ็กแพ็กขนาดจิ๋ว น้ำหนักเพียง 5.5 กรัมสำหรับติดบนหลังแมลงสาบ

ภายในของแบ็กแพ็กประกอบไปด้วย gadget มากมาย อาทิ เซ็นเซอร์ตรวจจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ กล้องอินฟราเรดขนาดจิ๋วที่จะสแกนหาสัญญาณอุณหภูมิของสิ่งมีชีวิต วงจรควบคุมการเคลื่อนที่และชิพส่งสัญญาณวิทยุกลับมาที่ศูนย์บัญชาการ

“ทีมค้นหาและกู้ภัยจะต้องทำงานในสถานการณ์ที่ยากและแข่งกับเวลาเพื่อที่จะค้นหาผู้รอดชีวิต” ออง คา ฮิง (Ong Ka Hing) รองผู้อำนวยการศูนย์เฉพาะทางด้านระบบอัตโนมัติและระบบไร้คนขับของ HTX กล่าว

“การปล่อยทีมแมลงไซบอร์กที่สามารถแทรกซึมเข้าไปในพื้นที่ที่เล็กและแคบที่มนุษย์อาจจะเข้าถึงได้ยากและอันตราย จะช่วยปกป้องทีมกู้ภัยแนวหน้าและช่วยเพิ่มความไวและประสิทธิภาพของปฏิบัติการของหน่วย HTX”

ไอเดียก็คือ ปล่อยทีมไซบอร์กเข้าไปก่อนเลย ทีมแมลงสาบก็จะวิ่งวุ่นไปทั่วทั้งบริเวณ สำรวจพื้นที่และเมื่อพบสัญญาณของสิ่งมีชีวิตก็จะส่งข้อมูลระบุตำแหน่งไปยังศูนย์ควบคุม ทำให้ทางศูนย์สามารถทำแผนที่แสดงตำแหน่งผู้ประสบภัยในพื้นที่ภัยพิบัติได้อย่างรวดเร็ว เพื่อที่ทีมกู้ชีพจะได้เข้าไปช่วยเหลือได้อย่างทันท่วงที

ปัญหาคือ หุ่นยนต์จิ๋วที่มีฟังก์ชั่นล้นเหลือที่มีอยู่ ไม่มีตัวไหนเลยที่จะทำงานกู้ภัยได้จริง เพราะส่วนใหญ่จะแบตหมดจอดเสียก่อน เนื่องจากการขับเคลื่อนตัวหุ่นไปในที่ต่างๆ นั้น ต้องใช้พลังงานค่อนข้างมาก

 

แต่ไซบอร์กแมลงสาบไม่มีปัญหานี้ เพราะพวกมันจำเป็นต้องใช้พลังงานในการควบคุมการเคลื่อนที่น้อยมากๆ เพียงแค่ 0.2 มิลลิวัตต์เท่านั้น เพราะพวกมันสามารถเดินไปเดินมาได้เองโดยใช้พลังงานขา จึงไม่ต้องใช้พลังงานแบต แถมยังสามารถปีนป่ายหลบเลี่ยงสิ่งกีดขวาง เข้าถึงได้ในแทบทุกซอกหลืบที่ลึกเร้นโดยแทบไม่ต้องใช้การควบคุมโดยมนุษย์เลยแม้แต่น้อย พวกมันจึงมีพลังงานเหลือเพียงพอสำหรับการสำรวจและส่งข้อมูลต่างๆ กลับไปได้อย่างไม่มีปัญหา

ซึ่งทีมวิจัยได้สร้างห้องจำลองวินาศภัยให้แมลงสาบไซบอร์กทดลองงานเรียบร้อย พวกมันทำงานได้ดีจนน่าประทับใจ อัลกอริธึ่มในการแยกแยะมนุษย์ที่พวกเขาพัฒนาขึ้นมาสามารถที่จะช่วยให้แมลงสาบไซบอร์กค้นหาและจำแนกมนุษย์ได้อย่างแม่นยำถึง 87 เปอร์เซ็นต์

นอกจากนี้ ซาโต้ยังเผยต่ออีกว่า จากการประมาณการ การค้นหาและกู้ภัยให้ครอบคลุมพื้นที่ภัยพิบัติราวๆ 5 ตารางกิโลเมตร จะต้องใช้แมลงสาบไซบอร์กราวๆ ห้าร้อยตัวเพื่อให้ปฏิบัติการสำเร็จลุล่วงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

 

แต่อีกอย่างที่อาจจะไม่ค่อยน่าอภิรมย์เท่าไรสำหรับงานนี้ ก็คือ การวางยาแมลงสาบหลายร้อยหลายพันตัว ประกอบแบ็กแพ็กและต่อเข้ากับหลังของพวกมัน

ซาโต้จึงวางแผนที่จะแก้ปัญหานี้โดยการสร้างระบบวางยาและประกอบแผงวงจรเข้าหลังแมลงสาบอัตโนมัติ ซึ่งจะทำให้พวกเขาสามารถปั๊มแมลงสาบไซบอร์กออกมาได้ทีละหลายร้อยหลายพันตัว พร้อมลงพื้นที่จริง ซาโต้คาดหวังว่าเทคโนโลยีนี้น่าจะออกมาใช้ได้จริงเพื่อช่วยเหลือมวลมนุษย์ได้ในเวลาไม่เกินห้าปี

แต่ที่ผมแอบกังวลนิดนึง ก็คือ ทีมซาโต้ยังไม่ได้รายงานต่อว่าหลังใช้งานเสร็จ จะไปตามเก็บแมลงสาบไซบอร์กนับร้อยที่ปล่อยออกไปกลับมายังไง อันนี้คงต้องรอดูต่อไป…เดาว่าอาจจะมีปุ่มโฮมมิ่ง กดทีเดียว ฝูงแมลงสาบทั้งฝูงก็พร้อมใจบินกลับเข้าศูนย์บัญชาการอย่างพร้อมเพรียงก็เป็นได้…

คราวหน้า ตอนเจอน้องสาบ อย่าลืมส่องดีๆ นะครับ ว่ามีแบ็กแพ็กหรือเปล่า!