ทะลุกรอบ

ป๋วย อุ่นใจ

 

‘เนโครโบติกส์’

กับวิศวกรเชิดแมงมุม

 

แมลงสาบไซบอร์กยังต้องชิดซ้าย ตั๊กแตนตรวจมะเร็งยังต้องถอย เมื่อต้องเจอกับ “แมงมุมแฟรงเกนสไตน์”

นักชีวฟิสิกส์และวิศวกรหุ่นยนต์จากมหาวิทยาลัยไรซ์ (Rice University) ในเท็กซัส เปิดตัวนวัตกรรมใหม่สุดพิสดาร “แมงมุมแฟรงเกนไตน์” เอาซากแมงมุม มาสร้างโมดิฟายด์เป็นหุ่นยนต์

สำหรับผม งานวิจัย “เนโครโบติกส์ : หัวขับพร้อมใช้จากวัสดุชีวภาพ (Necrobotics : Biotic Materials as Ready-to-Use Actuators)” ที่เพิ่งตีพิมพ์ออกมาเมื่อปลายเดือนกรกฎาคม ในวารสาร Advanced Science นี้มีกลิ่นอายของหนัง horror อย่างชัดเจน

เพราะเนโคร (necro) แปลว่า “ความตาย” หรือ “ซากศพ” และเมื่อเอาไปสนธิกับคำว่าโรโบติก (robotic) ที่แปลว่า “หุ่นยนต์” จะได้เนโครโบติกส์ (necrobotics) หรือก็คือการสร้างหุ่นยนต์จากซากศพ

อารมณ์ประมาณ “แค้นหุ่นผี (Puppet master)” ผสมกับ “แฟรงเกนสไตน์” อ่านไป ขนลุกไป

แล้วสิ่งมีชีวิตที่เลือกมาใช้ก็เป็นแมงมุม ซึ่งส่วนตัวก็ไม่ได้รู้สึกว่าน่ารัก หรือว่าน่าอภิรมย์

แต่ถ้ามองว่าเป็นการเปิดแนวคิดใหม่เอาซากศพแมงมุมมาใช้เป็นหุ่นเชิดด้วยเทคโนโลยีทางวิศวกรรม เปเปอร์นี้ต้องบอกว่าถือว่าน่าสนใจ

“ซากแมงมุม ไม่ได้ต่างอะไรกับมือกลธรรมชาติขนาดจิ๋ว” แดเนียล เพรสตัน (Daniel Preston) นักวิจัยอาวุโสในโครงการนี้กล่าว สำหรับเขาแล้ว “สถาปัตยกรรมโครงสร้างของแมงมุมนั้นเพอร์เฟ็กต์สำหรับงานวิศวกรรม”

ห้องทดลองของเขาที่ไรซ์นั้นชำนาญในเรื่องหุ่นยนต์ยืดหยุ่น (soft robot) แดเนียลเล่าว่าวงการนี้สนุกสนาน เพราะไม่ต้องยึดติดกับวัสดุหุ่นยนต์ที่มีอยู่เกลื่อนกล่น อย่างโลหะ พลาสติก หรือว่าวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ในการสร้างหุ่นยนต์ยืดหยุ่น นักวิทยาศาสตร์สามารถเลือกหยิบเอาวัสดุอะไรมาใช้ก็ได้ ไม่ว่าจะเป็นไฮโดรเจล (hydrogel) สารพวกอีลาสโตเมอร์ (elastomer) สิ่งทอ กระดาษ หรือแม้แต่วัสดุใหม่ๆ ที่ยังไม่เคยมีใครเอามาลองใช้เลยก็ได้

“แมงมุมคือวัสดุที่ไม่มีใครเคยเอามาใช้มาก่อน แม้จะดูมีศักยภาพมากมาย” แดเนียลกล่าว

“งานนี้ จริงๆ แล้ว เริ่มขึ้นมาตั้งแต่ปี 2019 พอดีนักวิทยาศาสตร์เจอซากแมงมุมตายตอนย้ายข้าวของในห้องทดลอง” เฟย์ แย็ป (Faye Yap) วิศวกรผู้วิจัยหลักของโครงการเผย

ลองจินตนาการซากแมงมุมตาย มันจะหงิกงอ ขาจะพับเข้ามาในตัว “คือเราสงสัยว่าแมงมุม พอตายแล้ว ทำไมขาถึงหงิกอยู่ในท่านั้นตลอด” เฟย์กล่าวต่อ

คำถามวิจัยอาจจะฟังดูเพี้ยนๆ แต่จะว่ากันตามจริง ก็ไม่แปลก เพราะนักวิทยาศาสตร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกวิศวกรแนวชีวะเลียนแบบมักให้ความสนใจกับสิ่งรอบตัวมากเป็นพิเศษอยู่แล้ว

ทั้งปากเรียวแหลมและหัวทู่สั้นของนกกระเต็นที่กลายมาเป็นดีไซน์ของรถไฟหัวกระสุน ขอบตะปุ่มตะป่ำของครีบวาฬที่กลายมาเป็นใบพัดกังหันลมสร้างพลังงานประสิทธิภาพสูง ไปจนถึงระบบน้ำในตัวหมึกกล้วยที่กลายมาเป็นระบบขับเคลื่อนของหุ่นยนต์หมึกบินได้ของจีน

นี่ยังไม่นับซีรีส์แมลงสาบที่มีออกมาแบบสารพัดดีไซน์ประยุกต์ใช้กระจายไปได้ทั่วแทบทุกวงการ

แรงบันดาลใจในการสร้างนวัตกรรมสำหรับบางคน บางทีก็อาจจะมาจากที่ที่เราคาดไม่ถึง!

สําหรับเฟย์ คือ “ซากแมงมุม” ที่นอนตายแห้งหงิกงออยู่ในแล็บ หลังจากที่เริ่มศึกษาหาข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของแมงมุมอย่างละเอียด เฟย์และทีมก็ค้นพบกลไกควบคุมการเคลื่อนไหวที่เธอมองว่าน่าจะเอามาเล่นต่อได้

“แมงมุมนั้นไม่ได้มีกล้ามเนื้อที่ดึงรั้งที่ทำงานงัดกันอยู่แบบไบเซป ไตรเซป เหมือนในมนุษย์” เฟย์อธิบาย “พวกมันมีแค่กล้ามเนื้อดึงรั้ง (flexor) ที่ทำให้ขาของพวกมันหดเข้าหาตัว และยืดขาออกด้วยแรงดันไฮดรอลิกส์”

“ที่ตรงช่องว่างใกล้ๆ หัวของแมงมุมจะบีบตัวเพื่อสูบฉีดเลือดไปยังขาทั้งแปด ที่จะดันให้ขานั้นยืดออก และถ้าความดันตก ขาก็จะหดกลับเข้ามา และนั่นคือสาเหตุที่ทำให้แมงมุมตายด้วยท่าหดขาหงิกงออยู่ตลอด” เฟย์เล่าต่อ

“ในตอนนั้นนะ เราคิดว่ามันน่าสนใจมาก เราอยากจะหาหนทางในการเอากลไกนี้มาต่อยอด”

เข้าใจถ่องแท้กลไก ไอเดียในการชักใยเชิดหุ่นซากแมงมุมก็บรรเจิด เฟย์ใช้เข็มฉีดยาปักเข้าไปในส่วนท่อนหน้า (หัวและอก) ของซากแมงมุมที่เรียกว่า โพรโซมา (prosoma) ซึ่งเป็นส่วนที่เชื่อมต่อกับขาทั้งแปดของมัน ก่อนที่จะซีลรอยเชื่อมเข็มฉีดยากับซากแมงมุมด้วยกาวตราช้าง (จริงๆ ทางทีมไม่ได้บอกยี่ห้อซูเปอร์กลู (superglue) แต่ในไทย ส่วนใหญ่จะรู้จักซูเปอร์กลูกันในชื่อกาวตราช้าง)

ซึ่งในการทดลองนี้ แดเนียลและทีมโฟกัสไปที่แมงมุมหมาป่า หรือ wolf spider ที่มีขนาดประมาณ 1-2 เซนติเมตร เพราะว่าขนาดไม่เล็กไม่ใหญ่จนเกินไป และหาซื้อได้ไม่ยากจากบริษัทขายพวกสื่อการเรียนการสอนชีววิทยาทั่วไป

แต่นั่นก็ไม่ได้หมายความว่าจะราบรื่น “มีเจ้าหน้าที่คนหนึ่งที่ฝ่ายพัสดุของเราเกลียดแมงมุมจนเข้าไส้” เฟย์เล่าต่ออย่างออกรส “ถึงขนาดที่เราต้องโทร.ไปแจ้งที่หน่วยรับพัสดุให้รู้ตัวก่อนว่าจะมีของสำหรับโปรเจ็กต์นี้มาส่ง เพื่อที่เขาจะได้เตรียมตัวเตรียมใจ”

และเมื่อเธออัดอากาศเข้าไปโพรงในโพรโซมา ผลก็เป็นไปดังคาด ขาทั้งแปดก็ยืดออก และเมื่อเธอลองดูดอากาศกลับเข้ามาในเข็ม ขาทั้งแปดของมันก็หดเข้ามาอย่างพร้อมเพรียงราวกับเชิดหุ่น

เฟย์สามารถบังคับซากแมงมุมให้เคลื่อนไหวได้ตามต้องการด้วยระบบนิวเมติกส์เหมือนกับมือกลเล็กๆ มือกลจากซากแมงมุมสามารถเอามาใช้เคลื่อนย้ายหยิบจับของเล็กๆ เช่น ก้อนโฟม หรือชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์

ซากแมงมุมหมาป่าสามารถยกของที่หนักกว่าตัวมันได้ราวๆ 1.3 เท่า ด้วยแรงบีบสูงสุด 0.35 มิลลินิวตัน มือกลจากซากแมงมุมหมาป่านี้สามารถอ้าๆ หุบๆ หยิบๆ จับๆ ชิ้นของได้มากถึงเจ็ดร้อยครั้งก่อนที่จะเริ่มมีความเสียหายที่พอสังเกตเห็นได้

และสามารถทู่ซี้ใช้ต่อได้จนถึงพันครั้งก่อนที่จะเริ่มมีร่องรอยฉีกขาดตรงส่วนข้อต่อให้เห็น ซึ่งถ้ามองในแง่ของความถึกทน ก็ต้องบอกว่าน่าประทับใจมาก

ซึ่งแดเนียลก็นำเสนอต่อว่าถ้าเอาพวกสารโพลิเมอร์รักษาสภาพมาเคลือบผิวช่วยเพิ่มความแข็งแรง ก็น่าที่จะเอาไปใช้ได้อย่างสมบุกสมบันมากกว่านี้ได้

 

จากการศึกษาแมงมุมหมาป่า ทางทีมวิจัยของไรซ์สามารถประมาณความแข็งแรงของโครงสร้างของแมงมุมแต่ละชนิดด้วย ว่าจะทนทานต่อการยกของหนักได้มากน้อยแค่ไหน

ถ้าเป็นซากแมงมุมขนาดเล็กอย่างพวกแมงมุมกระโดด (jumping spider) ที่มีขนาดเพียงแค่ราวๆ 10 มิลลิกรัม ด้วยโครงสร้างที่แข็งแรงของพวกมัน ก็น่าที่จะยกของหนักกว่าน้ำหนักตัวมันได้มากถึง 2 เท่า

ในขณะที่ซากแมงมุมขนาดใหญ่อย่างแมงมุมกินนกโกไลแอธ (Goliath birdeater) อาจจะยกของที่หนักได้เพียงแค่ราวๆ หนึ่งในสิบของน้ำหนักตัวมันเท่านั้น

แต่หนึ่งในสิบที่ว่าก็คือ 20 กรัม ซึ่งถ้ามองในแง่ของการเอาไปใช้ก็ถือว่าไม่ขี้เหร่

เพราะถ้ามองในมุมวิศวกรรม การประดิษฐ์มือกลที่เล็กขนาดนี้เป็นเรื่องที่ท้าทายมากๆ ยิ่งถ้าต้องออกแบบข้อต่อ จุดหมุน และระบบควบคุมทั้งแบบนิวเมติกส์ (pneumatics-ระบบควบคุมด้วยการอัดอากาศ) หรือไฮดรอลิกส์ (hydraulics -ระบบควบคุมด้วยของไหล) ประกอบรวมเข้าไปด้วยแล้ว ยิ่งแทบเป็นไปไม่ได้เลย

แดเนียลและทีมมองว่านี่คือจุดเริ่มต้นของเทคโนโลยี “เนโครโบติกส์” เทคนิคใหม่ในวงการหุ่นยนต์ยืดหยุ่น และพวกเขาคือผู้บุกเบิกกรุยทาง…

เราไม่จำเป็นต้องตามกระแส หากอยากสร้างอะไรใหม่ๆ …งานนี้ไม่ใช่งานวิศวกรรมแบบชีวเลียนแบบ (biomimicry) ที่เอาดีไซน์มาเป็นแรงบันดาลใจ แต่เป็นการตบเอาสิ่งที่ธรรมชาติมีเตรียมไว้ให้อยู่แล้ว (ซากแมลงและแมง) มาต่อยอดใช้เลย…

“ทำไมต้องเลียนแบบ ถ้าคุณสามารถตบเอาสิ่งที่ธรรมชาติมีให้อยู่แล้วมาใช้ได้เลย?” แดเนียลตั้งคำถาม

 

เป้าหมายต่อไปสำหรับพวกเขาคือ แมงป่องแส้ (Whip scorpion) สำหรับการเชิดหุ่นแบบไฮสปีด และเจ้าแมงมุมจิ๋วหน้าตาตะมุตะมิอย่าง Patu digua ที่ได้ชื่อว่าเป็นแมงมุมที่เล็กที่สุดในโลกสำหรับมือกลเนโครโบติกส์ระดับจิ๋วที่จิ๋วจริงๆ

ไอเดียน่าสนใจ แต่จะเกิดหรือไม่ อันนี้ต้องรอดู

แต่สำหรับผมที่ไม่ค่อยพิศวาสแมลง (และแมง) เท่าไรนัก บอกตรงๆ ว่าแอบหวั่นใจเล็กๆ ว่าถ้าเทคโนโลยีนี้เกิดป๊อปขึ้นมา แล้วมีกองทัพหุ่นยนต์แมลง (และแมง) ออกมากันเยอะแยะ ชีวิตอาจจะไม่ค่อยน่าอภิรมย์

คงต้องขอทำใจอีกสักพัก แค่คิดก็ขนลุกแล้ว บรื๋อออ!

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022