ทะลุกรอบ

ป๋วย อุ่นใจ

 

ปริศนาความย้อนแย้ง

แห่งหาง (จิ้งจก)

 

เปิดตัวอย่างอลังการบนปกวารสารระดับโลกอย่าง Science กับงานวิจัยสุดประหลาดจากมหาวิทยาลัยนิวยอร์ก วิทยาเขตอาบูดาบี (New York University Abu Dhabi) กับการไขปริศนาทางวิศวกรรมแห่งการยึดติดอยู่กับตัวของหางจิ้งจก

เป็นที่รู้กันว่า จิ้งจกเวลาตกใจจะปล่อยหางออกมา ดิ้นดุ๊กๆ ดิ๊กๆ ให้ดูต่างหน้า เพื่อเบี่ยงเบนหลอกล่อให้ผู้ล่าสนใจส่วนหางแทน เป็นจังหวะโอกาสให้ตัวมันจะได้มีทางหนีรอด

จะว่าไปแล้ว แม้ว่าหางจะมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการเคลื่อนที่ ทำให้ดูดีในสายตาเพศตรงข้าม อีกทั้งยังเป็นที่เก็บไขมันสะสมเอาไว้ใช้ในยามขาดแคลน แต่เมื่อยามอับจนหนทาง เสียหางยังดีกว่าร้างชีวิต

ผมเคยประสบเจอกับตัวตอนเด็กๆ ตอนนั้น จริงๆ ไม่ได้มีเจตนาจะทำให้น้อนจิ้งจกที่นอนนิ่งอยู่บนพื้นตกใจ แต่ความขี้เกียจเปิดไฟและไม่ได้มองพื้น เลยเดินเฉี่ยวน้องใกล้ไปหน่อย จริงๆ คือ สะกิดไปแล้วแหละ แต่ยังไม่ได้ลงน้ำหนักไปเต็มๆ น้อนเลยยังรอด วิ่งหายไปไหนไม่รู้ ส่วนผมสะดุ้งโหยงสุดตัว จำได้ว่าความรู้สึกตอนนั้นเหมือนเหยียบโดนอะไรนิ่มๆ และมันกำลังดิ้นขึ้นมาบนขา

และพอเปิดไฟก็ได้เห็นภาพบาดตาบาดใจเป็นหางจิ้งจกที่ยังดิ้นกะแด่วๆ เล่นเอาขนพองสยองเกล้าไปหลายวัน

 

ประสบการณ์นี้ สำหรับผมคือฝันร้าย ไม่ต่างจากฉากในหนังสยองขวัญ แต่สำหรับวิศวกรเครื่องกลจากมหาวิทยาลัยนิวยอร์ก สัญชาติเกาหลี อย่างยงอักซอง (Yong-Ak Song) หรือที่ทีมวิจัยของเขาเรียกว่าราฟาเอลนั้น หางดุ๊กดิ๊กคือแรงบันดาลใจ

“ผมตื่นเต้นหากจะเข้าใจได้ว่า เจ้าตัวพวกนี้ที่อยู่ในแคมปัสในมหาวิทยาลัยผมเนี่ย มันหนีผู้ล่าได้ยังไง” ราฟาเอลกล่าว

ชัดเจนว่าในอาบูดาบี คงมีจิ้งจก กิ้งก่า จิ้งเหลน ตุ๊กแกอยู่ไม่ใช่น้อย

ราฟาเอลให้สัมภาษณ์ว่า โดยส่วนตัวแล้วเขาอยากรู้ว่า ทำไมหางของพวกจิ้งจกตุ๊กแกถึงยังคงยึดติดอยู่กับตัว ยึดแน่น ติดทน ม้วนก็ได้ สะบัดไปมาก็ไม่หลุด แต่พอถึงยามตกใจ ไฉนมันจึงดีดผึงออกมาชักดิ้นชักงอได้ในชั่วอึดใจ

โครงสร้างทางวิศวกรรมภายในหางจิ้งจกน่าจะมีอะไรดีๆ ที่อาจจะเลียนแบบเอามาใช้ได้ในนวัตกรรมใหม่ๆ อะไรซักอย่าง เขาคิด

“หางจิ้งจกในเชิงชีวกลศาสตร์น่าจะมีโครงสร้างคล้ายๆ กับโครงสร้างยึดเกาะขนาดจิ๋วที่พบบนตีนตุ๊กแกและกบต้นไม้” อะนิมังสุ กาตัก (Animangsu Ghatak) วิศวกรจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งอินเดีย (Indian Institute of Technology) กล่าว

“ตีนของสัตว์พวกนี้จะปกคลุมไปด้วยขนแข็งๆ เล็กๆ นับล้าน ที่ตรงปลายบานออกเหมือนดอกเห็ด” อะนิงมังสุอธิบาย “โครงสร้างพวกนี้จะต้องช่วยสร้างความสมดุลระหว่างความหนึบและการหลุด เวลาเกาะต้องหนึบยึดแน่นกับผิวต้นไม้ แต่ต้องพร้อมจะหลุดเสมอสำหรับก้าวต่อไป”

สำหรับราฟาเอล เขาเรียกโครงสร้างของหางที่ยึดแน่น แต่หลุดง่ายนี้ว่า “ความย้อนแย้งแห่งหาง” หรือ “the tail paradox”

เพื่อไขปริศนาแห่งความย้อนแย้ง ทีมราฟาเอลเริ่มประกอบเครื่องมือเกี่ยวจิ้งจก โดยเอาคลิปหนีบเล็กๆ ไปติดไว้ที่ปลายเบ็ดตกปลา ไว้เกี่ยวจิ้งจกและกิ้งก่าที่มีอยู่อย่างดาษดื่นทั่วแคมปัส

และในท้ายที่สุด พวกเขาก็ได้น้องจิ้งจกมาสองชนิด (species) และกิ้งก่าทะเลทรายมาอีกหนึ่ง พวกเขาวางแผนที่จะอัดคลิปวินาทีแห่งการสะบัดบ๊อบหนีของน้อนด้วยกล้องวีดีโอความไวสูง ที่ชักภาพได้ไวถึง 3000 เฟรมต่อวินาที

เพื่อให้น้อนยอดละทิ้งหางต่อหน้ากล้อง นักวิจัยในทีมเอาปลายนิ้วจับปลายหางแล้วค่อยออกแรงดึงเบาๆ และแล้วเหล่าดาราหน้ากล้องก็เผยลีลาสุดร้อนแรง กิ้งก่าทะเลทรายจะโดดควงสว่างบิดท่อนหางหลุดออกมาดิ้นๆๆ ในขณะที่น้องจิ้งจกนั้นจะบิดหางไปด้านข้างเล็กน้อย พอให้มีรอยปริ หลังจากนั้น ทั้งท่อนก็จะหลุดออกมาดิ้นดุ๊กดิ๊ก ขาดกันตรงรอยต่อพอดิบพอดี แต่ถ้าดึงออกมาแบบตรงๆ ไม่มีบิด ไม่ควงสว่าน ท่อนหางจะติดแน่นไม่หลุดออกมาง่ายๆ

สรุปคือ ท่าต้องได้ก่อน ไม่งั้นไม่หลุด

 

เพื่อให้เห็นภาพตรงรอยต่อที่ชัดเจน ราฟาเอลเอาท่อนหางทั้งส่วนที่ยังติดกับตัว และท่อนปลายที่หลุดออกมาไปส่องดูโครงสร้างรอยต่อโดยละเอียดผ่านกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (Scanning electron microscope)

เขาพบว่าตรงรอยต่อของท่อนที่หลุดออกมานั้นเป็นมัดกล้ามเนื้อที่มีปลายเป็นเดือยที่ปกคลุมไปด้วยโครงสร้างเสาขนาดจิ๋วจำนวนมาก พวกเขาเรียกโครงสร้างนี้ว่าเสาไมโคร (micropillars) และเมื่อซูมดูที่ยอดเสาจะพบว่าตรงปลายเสาที่บานออกเหมือนดอกเห็ดมีพื้นผิวที่มีรูเล็กๆ กระจัดกระจายอยู่เต็มไปหมด

ในส่วนโครงสร้างรอยต่อส่วนที่ติดกับตัวจะเว้าเข้าไปเป็นโพรงที่ฟิตกับเดือยพอดี แต่พอซูมเข้าไปดูในโพรงพวกเขาก็ต้องแปลกใจ เพราะพื้นผิวในโพรงกลับราบเรียบ ไม่ได้มีรูเสียบอะไรที่น่าจะฟิตพอดิบพอดีกันกับโครงสร้างดอกเห็ดจิ๋วของเสาไมโครเลยแม้แต่น้อย

ราฟาเอลเริ่มสนใจความลับของรูจิ๋วที่เห็นอาจจะเป็นความจริงเบื้องหลังปริศนาแห่งหางอันย้อนแย้งก็เป็นได้

 

เขาและทีมจึงสร้างเสาไมโครขึ้นมาจากโพลิเมอร์บนแผ่นกระจก ทั้งแบบมีรูและแบบไม่มีรู และทดสอบดูความหนึบและกลไกการหลุด ปรากฏว่าเสาไมโครที่มีรูจะยึดหนึบติดกับพื้นผิวเรียบได้ดีมาก โครงสร้างรูเล็กๆ นี้จะฟอร์มปุ่มยึดสุญญากาศที่ทำให้ผิวสองด้านยึดติดกันอย่างแนบแน่น ยิ่งถ้ามีน้ำมาช่วยทำให้เปียกด้วยแล้ว การยึดติดจะยิ่งแน่นขึ้นไปอีก เป็นเหมือนการซีลที่แม้นจะดึงยังไงก็ไม่มีทางหลุดลอกออกมาง่ายๆ

แต่การยึดแบบนี้ แม้จะดึงให้หลุดแบบตรงๆ ได้ยาก แต่ถ้ามีการบิดเปิดรอยแยกให้อากาศเข้าไปได้เมื่อไร การลอกหลุดก็จะเกิดขึ้นได้อย่างง่ายดายทันที

และเพื่อให้เห็นภาพชัด ทางทีมวิจัยของราฟาเอลนั้นก็เลยสร้างแบบจำลองการหลุดของโครงสร้างนี้ขึ้นมาในคอมพิวเตอร์ ซึ่งก็ให้ผลตามที่คาด ตรงกันกับที่ไอเดียนี้เสนอไว้ได้เป็นอย่างดี

แม้โครงสร้างจะเป็นเหมือนเดือยกับร่อง มองเผินๆ กลไกในการยึดการหลุดน่าจะมาแนวๆ เต้ารับกับเต้าเสียบ แต่พอดูโครงสร้างลึกๆ โดนละเอียดแล้ว มันคือโครงสร้างเหมือนซีลสติ๊กเกอร์สุญญากาศที่พร้อมลอกออกได้ทันที เมื่อมีรอยปริหรือแยกเกิดขึ้น

บางที สิ่งที่เห็นด้วยตา ก็อาจจะลวงให้คิดไปคนละแบบ นึกว่ายึดกันแบบเต้ารับเต้าเสียบ ที่ไหนได้มาเป็นแบบซีลสุญญากาศซะงั้น

 

สําหรับการประยุกต์ใช้ ทางทีมคิดเอาไว้หลายทาง อาจจะเอามาเลียนแบบเป็นแผ่นสติ๊กเกอร์กันน้ำที่ใช้กับพื้นที่เฉอะแฉะ พลาสเตอร์กันน้ำใช้สำหรับรักษาเฉพาะที่ หรือแม้แต่เอามาออกแบบโครงสร้างยึดแขนขาเทียมที่ถอดออกง่าย หรือแม้แต่ยึดแขนหุ่นยนต์สำรวจอวกาศที่พร้อมสะบัดท่อนแขนท่อนขาออกไปเมื่อมีความเสียหายเกิดขึ้น

แต่สำหรับวิศวกรที่ผันตัวเองไปเป็นนักวิจัยเต็มตัวอย่างราฟาเอลแล้วนั้น “งานวิจัยนี้มาจากความอยากรู้อยากเห็นล้วนๆ จริงๆ เราก็แค่อยากรู้ว่าจิ้งจกตุ๊กแกพวกนี้ดีดหางออกมาไวขนาดนั้นได้ยังไงก็แค่นั้น”

และเมื่อองค์ความรู้พื้นฐานที่แน่ชัด ไอเดียนวัตกรรมสารพัดก็จะบังเกิด อนาคตยังเปิดกว้าง และหนทางยังมีมากมาย ความอยากรู้อยากเห็นและจินตนาการ คือ ความสนุกของการทำงานวิทยาศาสตร์อย่างแท้จริง!

ว่าแต่ ตัวเงินตัวทองสะบัดหางกับเขาด้วยหรือเปล่า O.o