ทะลุกรอบ | ป๋วย อุ่นใจ

วิศวกรผู้ศึกษารอยเหี่ยวย่น

เพื่อหาไอเดีย

ออกแบบหุ่นยนต์ยืดหยุ่น

ถ้าคุณเป็นอิสตรี (หรือแม้แต่บุรุษ) รอยเหี่ยวย่นที่ปรากฏขึ้นบนใบหน้าอาจทำให้คุณกังวล

แต่บางที รอยย่นอาจจะมีประโยชน์มากกว่าที่คุณคิด หากว่าคุณคือ “ไอยรา” หรือว่า “ช้าง”

เพราะงวงที่หนักกว่าร้อยกิโลกรัมนั้นสามารถทำงานได้สารพัด ตั้งแต่ดม ดูด พ่น เหวี่ยง หยิบ บีบ บุบ บี้ ไปจนถึงสะกิดเบาๆ หรือร้องแปร๋นขออาหารจากควาญ (หรือครูฝึก) เพราะรอยย่น ดังนั้น รอยย่นจึงอาจจะมีบทบาทมากกว่าที่คุณคิด

และเมื่อถูกมอบหมายให้ออกแบบหุ่นยนต์ที่แข็งแรง ยืดหยุ่น และสามารถแปรเปลี่ยนรูปลักษณ์ได้ให้เหมาะสมกับงานที่ทำ แอนดรูว์ ชูลซ์ (Andrew Schulz) นักศึกษาปริญญาเอกด้านวิศวกรรมหุ่นยนต์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งจอร์เจีย (Georgia Institute of Technology) ก็เริ่มนึกถึงงวงช้าง

แอนดรูว์เล่าว่า เขาประทับใจกลไกของงวงช้าง ตั้งแต่ตอนที่เขาไปทัวร์ส่องสัตว์ซาฟารีในแอฟริกากับครอบครัวตอนที่เขายังเป็นวัยรุ่น และในฐานะวิศวกรหุ่นยนต์เขาเชื่อว่างวงช้างคือต้นแบบแห่งหุ่นยนต์ยืดหยุ่นแห่งอนาคต

แต่ก่อนจะเอางวงช้างมาช่วยออกแบบหุ่นยนต์ได้ ความรู้ความเข้าใจในกายวิภาคและโครงสร้างเป็นสิ่งสำคัญ และสำหรับช้าง นี่เป็นประเด็นที่ไม่ค่อยมีใครศึกษามาเนิ่นนาน

ภาพวาดกายวิภาคของช้างที่ละเอียดที่สุดนั้นถูกวาดขึ้นมาตั้งแต่ปี 1908 ในหนังสือ The Elephant’s Head : studies in the comparative anatomy of the organs of the head of the Indian elephant and other mammals (เศียรช้าง : การศึกษากายวิภาคเปรียบเทียบของอวัยวะของศีรษะของช้างอินเดียและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ) โดย โยฮาน อีริก เวสติ โบอาส์ (Johan Erik Vesti Boas) และไซมอน พอลลี (Simon Paulli) นักสัตววิทยาจากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน (The University of Copenhagen)

และหลังจากนั้นเป็นต้นมา ก็แทบไม่มีใครศึกษาอะไรในแนวนี้เลย และนั่นทำให้แอนดรูว์ตั้งใจที่จะศึกษากายวิภาคของงวงช้างให้ถ่องแท้

เพื่อการนำมาประยุกต์ใช้ต่อในการออกแบบหุ่นยนต์ของเขา

แอนดรูว์และทีมตัดสินใจร่วมมือกับทีมสัตวแพทย์และนักวิจัยจากสวนสัตว์แอตแลนตา แต่ทว่า การทำงานกับสัตว์ใหญ่ที่ดุร้ายและอันตรายอย่างช้างนั้น ไม่ใช่เรื่องง่าย แม้จะเป็นช้างที่เลี้ยงอยู่ในสวนสัตว์ มีทั้งสัตวแพทย์และผู้ดูแลช่วยแล้วก็ตาม

โดยมาก พอปล่อยช้างเข้ามาในฉากที่เซ็ตไว้สำหรับทำการทดลอง แทนที่จะทำตัวปกติ พวกมันก็เริ่มตื่นเต้นอยากเล่น ส่วนใหญ่ก็จะเข้าไปทุบทำลาย รื้อเซ็ตการทดลองที่พวกเขาจัดเอาไว้เล่นจนไม่เหลือ และนั่นทำให้แอนดรูว์รู้ว่าการทำงานแบบนี้ไม่เวิร์ก

เขาเริ่มตระหนักว่าก่อนที่จะออกแบบการทดลองใดๆ ออกมา เขาจะต้องเข้าใจพฤติกรรมช้างเสียก่อน มิฉะนั้น โอกาสที่จะได้ผลการทดลองที่ต้องการนั้นจะแทบเป็นไปไม่ได้เลย

ซึ่งการทำความเข้าใจช้าง มีทางเดียวคือต้องลงไปขลุกอยู่กับมัน ซึ่งนั่นอาจจะหมายถึงเวลาที่ต้องเสียไปไม่น้อย…

จะยอมละทิ้งโครงการในดวงใจ หรือจะไปต่อ นี่คือช่วงเวลาหัวเลี้ยวหัวต่อที่เขาต้องตัดสินใจ

แอนดรูว์อยากทำตามฝัน เขาตัดสินใจอาสาสมัครเข้าไปเป็นอินเทิร์นในสวนสัตว์แอตแลนตา ซึ่งเป็นการตัดสินใจที่บ้าระห่ำมากสำหรับนักศึกษาปริญญาเอกคนหนึ่ง ที่ต้องวางแผนทำทีสิสให้รัดกุม

อย่างไรก็ตาม ภายใต้การดูแลอย่างใกล้ชิดของผู้ดูแลสวนสัตว์ เขาได้ใช้เวลาอยู่กับช้างอย่างเต็มที่ คอยให้อาหาร ดูแลความสะอาดในกรง และเริ่มสร้างความสัมพันธ์อันดีกับช้างในสวนสัตว์

และที่นี่เองที่เขาได้เรียนรู้ว่าช้างกินอะไร ซึ่งช่วยให้เขาสามารถคิดและออกแบบการทดลองใหม่ๆ ที่ช่วยไขปริศนาแห่งกลไกการทำงานของงวงช้างได้

และช้างเชือกหนึ่งที่แอนดรูว์ได้ดูแลและคุ้นเคยก็คือ เคลลี่ (Kelly) ช้างแอฟริกาสาวใหญ่วัยสามสิบสี่

อยู่กับช้างมาพักใหญ่ แอนดรูว์เข้าใจว่าเคลลี่ชอบอะไร และไม่กินอะไรบ้าง เขาเริ่มออกแบบการทดลองด้วยหัวผักกาดรูทาบากา (Rutabaga) ที่คล้ายกับเผือกที่ช้างชอบกิน และเมล็ดเจีย

ชิ้นหัวผักกาดรูทาบากาหั่นเต๋าช่วยให้แอนดรูว์เห็นภาพพฤติกรรมของเคลลี่ในการจัดการชิ้นอาหารชิ้นเล็กๆ ได้ชัดเจนมากขึ้น เขาเริ่มเก็บข้อมูลพฤติกรรมช้างได้

งานวิจัยที่เขาทุ่มสุดตัวเริ่มมีความก้าวหน้า

และเพื่อศึกษาพลังดูดอันมหาศาลของงวงของเคลลี่ แอนดรูว์ใช้เมล็ดเจีย (Chia seed) ซึ่งพอแช่น้ำแล้วจะบวมคล้ายๆ เม็ดแมงลักมาใส่ในน้ำให้เคลลี่ดูดแล้วถ่ายวิดีโอแบบไฮสปีดเก็บเอาไว้เพื่อให้มองได้ชัดว่าพลังดูดของเคลลี่นั้นทรงพลังแค่ไหน

คำตอบคือสามลิตรต่อวินาที ซึ่งเป็นอะไรที่ไวมากจนน่าตกใจ จากการคำนวณอัตราเร็วในการดูดน้ำของเคลลี่นั้นจะอยู่ที่ราวๆ 150 เมตรต่อวินาที หรือประมาณ 540 กิโลเมตรต่อชั่วโมงเลยทีเดียว (ไวเสียยิ่งกว่ารถไฟหัวจรวดเสียอีก)

“งวงของช้างนั้นทำหน้าที่เหมือนกระเป๋าเก็บของที่สามารถเก็บสัมภาระได้มากมาย” แอนดรูว์เปรียบเปรย นอกจากจะดูดน้ำได้ไวและงวงของช้างยังสามารถกักเก็บน้ำได้เยอะเช่นกัน

จากการทดลอง แอนดรูว์พบว่างวงของช้างนั้นสามารถเก็บน้ำได้มากถึงเก้าลิตร… ซึ่งไม่สมเหตุสมผลเลยแม้แต่น้อยในมุมมองของเดวิด หู (David Hu) ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมหุ่นยนต์จากจอร์เจียเทค อาจารย์ที่ปรึกษาของแอนดรูว์ เพราะถ้าดูจริงๆ งวงของช้างนั้นไม่ได้ใหญ่ขนาดที่พอจะกักเก็บน้ำได้มากเก้าลิตรหรือสิบลิตรได้

มีทางเดียวที่จะเป็นไปได้ คือ ขนาดของงวงช้างจะต้องขยับขยายได้ ซึ่งทางเดียวที่จะรู้คือทดสอบดู

เดวิดขอให้แอนดรูว์ลองหาวิธีถ่ายภาพงวงช้างดูด้วยอัลตราซาวด์ทั้งในระหว่างที่ภายในว่างเปล่าและในระยะที่ดูดน้ำเข้ามาจนเต็ม

ผลออกมาค่อนข้างชัด ขนาดงวงของเคลลี่ขยายได้จริงและขยายได้อย่างชัดเจนมากๆ

เส้นผ่านศูนย์กลางของงวงของเธอสามารถเพิ่มขึ้นได้ถึงสามสิบเปอร์เซ็นต์

และถ้าคิดในแง่ปริมาตร งวงของเธอจะกักเก็บน้ำได้เพิ่มมากขึ้นถึง 64 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งช่วยอธิบายได้ว่าทำไมงวงของเธอถึงเก็บน้ำได้ปริมาตรเยอะกว่าที่น่าจะเป็นมากนัก

แต่พลังดูดที่ทรงพลัง และความจุที่มากโขอาจไม่ใช่คำตอบของทุกสิ่ง

เดวิดกล่าวว่า “งวงของช้างสามารถรับกลิ่นและหยิบของที่ต้องการได้ ไม่พอใจก็พ่นให้ฟุ้งกระจายแบบเดียวกันกับเครื่องเป่าใบไม้ แต่บางทีถ้าชอบก็อาจจะดูดเข้ามาหาตัวเหมือนกับเครื่องดูดฝุ่น”

แต่ช้างก็ไม่ได้กินแต่อาหารที่หนักและแข็ง อาหารของมันหลายอย่างก็มีน้ำหนักที่เบา และบางทีก็เปราะ

และเพื่อทดลองให้รู้ว่าช้างจะมีวิธีการจัดการกับอาหารที่กรอบและเปราะยังไง แอนดรูว์ก็ตัดสินใจเอาอาหารที่ปกติแล้วช้างไม่เคยกิน อย่างแผ่นตอร์ติญา (Tortilla) (แผ่นแป้งแม็กซิกัน) ที่อบจนกรุบกรอบให้เคลลี่ลองลิ้มชิมรส

แม้เคลลี่จะไม่เคยเจอแผ่นตอร์ติญามาก่อนเลยในชีวิต แต่หลังจากแตะเบาๆ ด้วยปลายงวง เคลลี่ก็สามารถปรับแรงของงวงของเธอได้อย่างแม่นยำ แค่ดูดเบาๆ ใกล้ๆ แผ่นตอร์ติญาก็ลอยเข้าไปติดที่ปลายงวง

เคลลี่ใช้ปุ่มที่ปลายงวงที่มีลักษณะเหมือนนิ้วสองปุ่มหนีบแผ่นตอร์ติญาเอาไว้อย่างนุ่มนวล แล้วม้วนงวงส่งเข้าปากอย่างชิลล์ๆ

ใครเล่าจะคิดว่าปุ่มนิ้วบนงวงขนาดร้อยกิโลกรัมจะสามารถจับแผ่นตอร์ติญาที่กรอบเปราะไม่ต่างข้าวเกรียบได้โดยไม่แตก ไม่ร้าวแม้แต่นิด

การที่เคลลี่ใช้งวงที่แสนทรงพลังของมันจัดการกับแผ่นตอร์ติญาที่บางและกรอบได้เป็นอย่างดี เป็นอะไรที่เซอร์ไพรส์ทีมวิศวกรและสัตวแพทย์เป็นอย่างมาก

เป็นไปได้มั้ยว่าเคลลี่จะฟลุก?

เพื่อให้มั่นใจ แอนดรูว์และทีมทดลองให้แผ่นตอร์ติญากับเคลลี่ซ้ำอีกหลายครั้ง และทุกครั้ง งวงของเธอก็สามารถคีบแผ่นตอร์ติญาเข้าปากได้อย่างแม่นยำและนุ่มนวล

ไม่มีการแตกหัก ร่วงหล่นแต่อย่างใด

ถ้ามองว่างวงช้างเป็นโครงสร้างกล้ามเนื้ออุทกสถิต (muscular hydrostat) หรือก็คือโครงสร้างที่ไม่มีกระดูก ไม่มีข้อต่อ มีแต่กล้ามเนื้อล้วนๆ จำนวนกว่าสี่หมื่นมัดที่ทำงานสอดประสานกันอย่างลงตัวในงวงขนาดใหญ่นั้น ทักษะของเคลลี่นั้นถือว่าล้ำเลิศ

นี่ยิ่งทำให้แอนดรูว์หลงใหลงวงช้างมากยิ่งขึ้นไปอีก เขารู้ชัดว่า นี่อาจจะเป็นคำตอบของการดีไซน์หุ่นยนต์ยืดหยุ่นในรุ่นต่อไปก็เป็นได้

ทว่า การทดลองของแอนดรูว์ยังไม่จบแค่นี้ เพราะหลังจากที่เขาลองสังเกตผิวหนังของงวงช้างอย่างละเอียด เขาก็พบสิ่งที่น่าสนใจอีกอย่าง นั่นคือผิวของงวงช้างด้านท้อง (ventral) และด้านหลัง (dorsal) นั้นแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

เขาพบว่าผิวด้านท้องงวงนั้นทั้งย่นทั้งยับมีรอยพับทบไปทบมาหลายชั้น ละเอียดกว่าด้านหลังงวงมาก

ซึ่งถ้ามองในแง่พฤติกรรมในการกินอาหารก็น่าจะพออธิบายได้ เพราะช้างมักจะใช้ผิวด้านท้องของงวงนั้นม้วนรวบและหยิบจับชิ้นอาหาร

เป็นไปได้ว่ารอยย่นรอยพับที่พบมากกว่านั้นอาจจะช่วยในการเพิ่มแรงเสียดทานช่วยให้มันจับชิ้นอาหารได้ดีขึ้น

ซึ่งก็สมเหตุสมผลเพราะโครงสร้างผิวที่แตกต่างกันทั้งด้านบนและด้านล่างเช่นนี้ ไม่แปลกในอาณาจักรสัตว์ ถ้ามองไปในภาพกว้าง โครงสร้างที่คล้ายคลึงกับงวงช้าง (ประกอบไปด้วยมัดกล้ามเนื้อ ไม่มีกระดูก มีความยืดหยุ่นสูง และมีฟังก์ชั่นเฉพาะ) ที่พบในสัตว์อื่น อย่างเช่น หนวดหมึก หรือลิ้นของนก จิ้งเหลน และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ก็มักมีความแตกต่างเช่นเดียวกันในด้านหลัง และด้านท้องเช่นเดียวกัน

ปลาหมึกยักษ์ที่สามารถยืดหนวดเพื่อล่าเหยื่อก็จะมีถ้วยดูด (suction cup) อยู่แต่ด้านท้องของหนวดในจุดที่เหมาะแก่การยึดจับกับเหยื่อ

ลิ้นของแมวก็จะมีปุ่มลิ้น (papillae) อยู่แค่ด้านบนที่สัมผัสกับขน เพื่อช่วยในความสากในการทำความสะอาดขน

ในขณะเดียวกัน ลิ้นของเพนกวินก็มีหนามอยู่แค่ที่ด้านบนเพื่อช่วยเพิ่มแรงเสียดทานในการยึดจับและกลืนกินเหยื่อที่มีผิวที่ลื่นเลื่อม อย่างเช่นปลาบางชนิด

ดังนั้น รอยย่นบนผิวงวงช้างที่ต่างกันในแต่ละด้านนั้นจึงเป็นเรื่องที่ไม่น่าแปลกใจ

การค้นพบของแอนดรูว์เพียงแค่นี้ก็น่าสนใจแล้วในแง่มุมมองของการออกแบบวัสดุเพื่อเอามาใช้ในหุ่นยนต์ยืดหยุ่น

แต่เรื่องนี้ยังอีกยาว เพราะการที่เขายอมทุ่มสุดตัว เทหมดหน้าตัก ผันตัวจากวิศวกรหุ่นยนต์ลงไปเป็นคนดูแลช้างนั้น มันให้อะไรมากกว่าที่เขาคาดหวังไว้มาก

การตัดสินใจที่บ้าระห่ำทำให้แอนดรูว์กลายเป็นวิศวกรผู้เชี่ยวชาญด้านกายวิภาคและพฤติกรรมช้างที่โดดเด่นที่สุดคนหนึ่งของโลก

แต่แล้วความเหี่ยวย่นบนผิวนั้นมีผลอะไรกับกลไกการยืดของงวง?

แล้วรอยย่นบนงวงนั้นบอกได้อย่างไรว่าช้างเชือกนั้นถนัดซ้ายหรือถนัดขวา?

รอยย่นของงวงช้างเอเชีย ต่างกับช้างแอฟริกาอย่างไร?

การค้นพบของแอนดรูว์และทีมยังมีอีกมาก

คราวหน้ามาต่อกัน สนุกแน่นอนครับ…

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

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022