จาก ASTVผู้จัดการออนไลน์ วันที่ 17 เมษายน 2552 06:44 น.
นอกจากหุ่นยนต์จะถูกใช้งานตามโรงงานอุตสาหกรรมการผลิตอย่างแพร่หลายอยู่ในขณะนี้ หุ่นยนต์ยังช่วยงานสำรวจระยะไกลอย่างมีประสิทธิภาพอีกด้วย หุ่นยนต์สำรวจที่มนุษย์พัฒนาขึ้นมานั้นมีหลายประเภทครับ ทั้งงานสำรวจอวกาศนอกโลก การเข้าถึงแหล่งอันตราย อาทิเช่น โรงไฟฟ้าปฎิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีสารอันตรายรั่วไหลอยู่ หรือแม้กระทั่งห้างสรรพสินค้าที่มีการวางระเบิดก่อวินาศกรรม หุ่นยนต์กู้ภัยที่ทำงานร่วมกับเจ้าหน้าที่ตำรวจหน่วยสวัต (S.W.A.T Unit) นั้นสามารถเอ็กเรย์วัตถุในกล่องปิดจนถึงการใช้ปืนฉีดน้ำความเร็วสูงทะลุผ่านผนังกล่องตัดสายชนวนระเบิดได้ ความเร็วสูงนี้เกิดการสร้างความกดดันทันทีทันใดในกระบอกอัด แน่นอนครับว่าเป็นคนละประเภทกับปืนฉีดน้ำที่เราใช้เล่นกันในวันสงกรานต์
ท้องทะเลมหาสมุทรอันกว้างใหญ่ไพศาลกว่าผืนแผ่นดิน อุดมสิ่งมีชีวิตต่างๆที่มนุษย์เรายังมิได้พบเห็นเลย ตลอดจนแร่ธาตุและก๊าซธรรมชาติมีอยู่มากมาย “หุ่นยนต์ดำน้ำ” หรือ Remotely Operated Underwater Robotic Vehicles จึงถูกออกแบบขึ้นมาเพื่อใช้ในการสำรวจใต้ท้องทะเลลึก ในเรื่องนี้คนไทยก็ไม่น้อยหน้าใครครับ ผศ.ดร.จักรกฤษณ์ ศุทธากรณ์ แห่งมหาวิทยาลัยมหิดล หัวหน้าทีมจัดสร้าง ThaiXPole – An Underwater Robot for Antarctica Exploration หุ่นยนต์สำรวจใต้น้ำตัวแรกของไทยที่ได้ไปทำงานจริงสำหรับเก็บข้อมูลบริเวณขั้วโลกใต้ร่วมกับทีมนักวิทยาศาสตร์ไทย
หุ่นยนต์ดำน้ำประเภทนี้ใช้การควบคุมระยะไกล (Teleoperation) เป็นหุ่นยนต์ที่มีความชาญฉลาดต่ำสุดเพราะต้องอาศัยการตัดสินใจของมนุษย์เป็นหลัก ทั้งนี้ถือเป็นเรื่องที่จำเป็นเพราะการสำรวจใต้ทะเล ส่วนใหญ่เราไม่ทราบว่าต้องเผชิญกับอะไรบ้าง? จะปล่อยให้หุ่นยนต์กระทำอะไรลงไปโดยพละการไม่ได้ อย่างไรก็ตามในระยะหลังนักวิจัยได้ใส่ความสามารถในการคำนวณทำให้หุ่นยนต์สามารถว่ายหลบหลีกสิ่งกีดขวางได้บ้าง โดยติดตั้งระบบการรับรู้ (Perception) เช่น Video Camera, Sonar, Inertial sensor, Magnetometer และ GPS แต่เรายังใจไม่ถึงพอ ไม่กล้าปล่อยให้เขาว่ายไปตามลำพังหรอกครับ จึงต้องมีสายควบคุม (Tether) เชื่อมต่อสัณญาณระหว่างหุ่นยนต์กับศูนย์บังคับการบนเรือที่ลอยอยู่บนผิวน้ำ ทั้งนี้เนื่องจากระบบสัณญาณไร้สายยังทำงานผ่านน้ำได้ไม่ดีนัก สายดังกล่าวยังรวมเอาสายไฟฟ้าส่งกำลัง ในบางกรณีที่หุ่นยนต์ต้องทำงานหนักใต้น้ำเราจะใช้ท่อไฮดรอลิคส่งกำลังลงไปด้วย ขอให้ท่านผู้อ่านเข้าใจลักษณะทางฟิสิกส์ว่า แม้เราจะได้ประโยชน์จากแรงลอยตัว (Buoyancy force) กระทำต่อวัตถุใต้น้ำทำให้หุ่นยนตืไม่ต้องออกแรงมากนักในการพยุงน้ำหนักตัวเอง น้ำเองก็มีแรงเสียดทาน (Damping) ค่อนข้างสูง การออกแรงทำงานทำงานใต้น้ำนั้นอาจใช้พลังงานมากขึ้น 2-3 เท่าเมื่อเทียบกับการทำงานบนบก เรื่องนี้เป็นประสบการณ์จริงของ ทีมพัฒนาจากภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี ได้ออกแบบและสร้างเรือจัดเก็บผักตบชวาขนาดใหญ่ (40 ตัน) สามารถปฏิบัติภารกิจได้อย่างมีประสิทธิภาพจนคูคลองหลายแห่งในกรุงเทพพระมหานครปลอดจากผักตบชวาได้ ในระยะต้นของการพัฒนานั้น เราคิดว่าจะส่งใบเลื่อยความเร็วสูงไปตัดรากผักตบชวาใต้ผิวน้ำ ผลลัพท์คือเราต้องใช้พลังงานมหาศาล ไม่คุ้มครับ จึงต้องเปลี่ยนแนวคิดเป็น ฉุดลากผักตบชวาขึ้นมาตัดบนบกแทนครับ
หุ่นยนต์ดำน้ำถือกำเนิดขึ้นเช่นเดียวกับเทคโนโลยีอื่นๆ คือมาจากวงการทหารตั้งแต่ ปี 1960 จนพัฒนาเรื่อยมาสู่อุตสาหกกรรมการสำรวจน้ำมันใต้ทะเล หุ่นยนต์ดำน้ำในปัจจุบันมีระยะทำงานลึกถึง 3,000 เมตร นอกจากเรื่องสำรวจแล้ว หุ่นยนต์เหล่านี้ยังมีหน้าที่ดูแลและบำรุงรักษา (O&M: Operation and Maintenance) ระบบท่อส่งแก๊ส-น้ำมันใต้ทะเลอีกด้วยครับ
การออกแบบหุ่นยนต์สำรวจเหล่านี้ สามารถดูได้จากหลักสูตรหุ่นยนต์ระดับบัณฑิตศึกษา:ปริญญาโท-เอก ที่ สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (FIBO) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี นอกจากฟีโบ้จะเน้นเรื่องการวิจัยและพัฒนาวิทยาการหุ่นยนต์ที่จะเกิดขึ้นในระยะ 10 ปีข้างหน้าแล้ว ปรัชญาการศึกษายังคงยึดตามเจตนารมณ์ของผู้ก่อตั้งมหาวิทยาลัย คือความสามารถในการออกแบบและสร้างขึ้นมาใช้งานในภาคสนามได้จริง ในศาสตร์เรื่องหุ่นยนต์เคลื่อนได้ (Mobile Robotics) เรามีหลักการสำหรับออกแบบหุ่นยนต์ดำน้ำดังต่อไปนี้ (1) ข้อจำกัดเรื่องพลังงานในการขับเคลื่อน (2) สายเชื่อมต่อสัญญาณ และ (3) ระดับการควบคุม: Degree of Autonomy
ในที่นี้ผมจะขอกล่าวถึงเรื่องที่มีความสำคัญมากในวงการหุ่นยนต์เสียก่อน คือระดับการควบคุม วิทยาการหุ่นยนต์ปัจจุบันครอบคลุมการทำงานของฟังก์ชั่นสำคัญของหุ่นยนต์ สามส่วนคือ ส่วนการรับรู้ข้อมูล (Perception) จากสิ่งแวดล้อม แล้วส่งข้อมูลที่ได้รับมาไปที่ ส่วนการคิดและตีความหมาย (Cognition) หลังจากประมวลผลแล้วก็จะสั่งการไปที่ส่วนการเคลื่อนที่/ เคลื่อนไหว (Mobility/Movement) ให้หุ่นยนต์นั้นสามารถทำงานในสิ่งแวดล้อมได้อย่างถูกต้องและมีสมรรถนะสูง โปรดสังเกตว่าวงจรการทำงานของหุ่นยนต์มาบรรจบที่สิ่งแวดล้อมที่ๆเขาปฏิสัมพันธ์กับสิ่งต่างๆ รวมทั้งมนุษย์ด้วย
อุปกรณ์ตรวจวัดในส่วนการรับรู้ข้อมูล ใช้หาค่า ความลึก ทิศทาง อุณหภูมิ ความดัน และอื่นๆ ตลอดจน ตำแหน่งและมุมการเคลื่อนที่และการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์และสิ่งกีดขวาง มีหลายประเภทใช้ได้ทั้งระยะสั้นและระยะไกล เช่น ระบบจีพีเอส Laser Range Finder, อินฟาเรด, Inertial sensor หรือจนกระทั่งมีการใช้ ระบบกล้อง Stereo Vision ที่เลียนแบบการมองเห็นของสองตามนุษย์
Degree of Autonomy แบ่งเป็นขั้นๆบนพื้นฐานระดับความคิดและการตีความหมายของหุ่นยนต์ต่ำที่สุด คือการนำค่าต่างที่ตรวจวัดได้ไปคำนวณเชิงสัมพัทธ์กับเวลาเพื่อสร้างสัญญาณไปที่ตัวขับ เช่นมอเตอร์ไฟฟ้า เมื่อนำคอมพิวเตอร์มาช่วยประมวลผลตามโปรแกรมที่เขียนไว้ หุ่นยนต์จึงทำงานได้รวดเร็วและละเอียด สมรรถนะมีความเพี้ยน (Error) น้อยลง เนื่องจากมีการควบคุมป้อนกลับของสัญญาณ (Feedback Control) ทั้งจากข้อต่างๆของหุ่นยนต์และจากสิ่งแวดล้อม หุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลายในขณะนี้ มีระดับความคิดเพียงเท่านี้เอง การควบคุมหุ่นยนต์ประเภทนี้จึงต้องอาศัยความสามารถของมนุษย์เข้าช่วยตัดสินใจในบางกรณีที่อยู่นอกเหนือไปจากสิ่งที่เราโปรแกรมไว้ เราเรียกการควบคุมแบบนี้ว่า Supervisory Mode หรือ Semi Autonomous ซึ่งถือว่ามีความเหมาะสมกับงานประยุกต์ในอุตสาหกรรมเพราะเป็นการผสมผสานของสมรรถนะหุ่นยนต์ด้านความละเอียดและความเร็วกับความรอบรู้ของมนุษย์ผู้ควบคุมหุ่นยนต์นั่นเอง นอกจากนี้สิ่งแวดล้อมในสายการผลิตเรารู้อะไรอยู่ตรงไหนบ้าง (Structured Environment) และสามารกนำตัวจับยึด (Fixtures) มาช่วยลดความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งทำให้ขบวนการผลิตแม่นยำขึ้น อย่างไรก็ตามเมื่อเปรียบเทียบกับหุ่นยนต์ดำน้ำควบคุมโดยสาย ถือว่าอยู่ในระดับ Tele-Operation ที่มนุษย์ต้องใช้ความพยายามในการบังคับหุ่นยนต์อย่างมาก ระบบควบคุมหุ่นยนต์อุตสาหกรรมมีความซับซ้อนกว่ามาก
ในกรณีที่หุ่นยนต์ต้องทำงานโดยที่ไม่รู้ข้อมูลล่วงหน้ามากนักเกี่ยวกับสิ่งแวด ล้อม เช่น Dante II ที่ทีมนักวิจัยของมหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอนสร้างขึ้นเพื่อสำรวจขั้วโลกใต้ ระดับความคิดและการประมวลผลต้องฉลาดพอให้หุ่นยนต์ทำงานหรือเอาตัวรอดในสถานการณ์ที่คาดไม่ถึง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหุ่นยนต์ที่องค์การนาซ่าส่งขึ้นไปสำรวจดวงจันทร์ ดาวอังคาร นั้นไม่รู้เลยว่าจะเจออะไรบ้าง อีกทั้งระยะทางระหว่างดวงดาวที่หุ่นยนต์กำลังปฏิบัติการอยู่กับศูนย์บังคับการที่ฮุส ตัน เท็กซัสบนโลกมนุษย์นั้นอยู่ห่างกันมาก การสื่อสารในลักษณะของ Supervisory Mode จึงไม่เหมาะสม ดังนั้นสัญญาณภาพของหุ่นยนต์ที่ส่งกลับมาเพื่อรายงานสถานการณ์ว่าเขากำลังยืนอยู่หน้าหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่เดินหน้าต่อไม่ได้และขอความเห็นว่าจะให้ทำอย่างไรต่อไปดี ความเป็นจริง คือหุ่นยนต์อาจตกลงไปนอนแอ้งแม้งที่ก้นหลุมแล้วก็ได้ การควบคุมหุ่นยนต์ประเภทนี้จึงอยู่ขั้นสูงที่สุดคือ
Autonomous หุ่นยนต์ต้องตัดสินใจได้เอง เราได้ผนวกปัญญาประดิษฐ์(Artificial Intelligence) เข้าไป เพื่อให้หุ่นยนต์เข้าใจข้อมูลทางสัญลักษณ์หรือภาพทางเรขาคณิตที่เห็นจนสามารถพลิกแพลงทางเลือกต่างๆได้
ตรรกะความคิดหุ่นยนต์ขั้นสูงสุดในปัจจุบันคือการเข้าใจท่วงทำนองการพูดของภาษามนุษย์ (Semantics) แยกแยะได้ระหว่างประโยด “พ่อขี่ควาย-แม่หาบหญ้า” กับ “พ่อขี่ควายแม่-หาบหญ้า” โดยเข้าใจได้ทันที่ว่าในประโยคหลังนั้นมีเพียงคุณพ่อคนเดียวขี่ควายตัวแม่และหาบหญ้าไปด้วย หุ่นยนต์รุ่นนี้จึงสามารถปฏิสัมพันธ์กับมนุษย์ได้เป็นอย่างดีครับ
ท่านผู้อ่านสามารถส่งข้อคิดเห็นเสนอแนะมาที่ผู้เขียนที่ djitt@fibo.kmutt.ac
เกี่ยวกับผู้เขียน – ดร. ชิต เหล่าวัฒนา
ดร. ชิต เหล่าวัฒนา จบปริญญาตรีวิศวกรรมศาสตร์ (เกียรตินิยม) จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี ไดัรับทุนมอนบูโช รัฐบาลญี่ปุ่นไปศึกษาและทำวิจัยด้านหุ่นยนต์ที่มหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น เข้าศึกษาต่อระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอน สหรัฐอเมริกา ด้วยทุนฟุลไบรท์ และจากบริษัท AT&T ได้รับประกาศนียบัตรด้านการจัดการเทคโนโลยีจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งมลรัฐแมสซาชูเซสต์ (เอ็มไอที) สหรัฐอเมริกา
ภายหลังจบการศึกษา ดร. ชิต ได้กลับมาเป็นอาจารย์สอนที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี และเป็นผู้ก่อตั้งสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม หรือที่คนทั่วไปรู้จักในนาม “ฟีโบ้ (FIBO)” เป็นหน่วยงานหนึ่งในมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี เพื่อทำงานวิจัยพื้นฐาน และประยุกต์ด้านเทคโนโลยีหุ่นยนต์ ตลอดจนให้คำปรึกษาหน่วยงานรัฐบาล เอกชน และบริษัทข้ามชาติ (Multi-national companies) ในประเทศไทยด้านการลงทุนทางเทคโนโลยี การใช้งานเทคโนโลยีอัตโนมัติชั้นสูง และการจัดการเทคโนโลยีสารสนเทศอย่างมีประสิทธิภาพ และเป็นสถาบันการศึกษาแห่งแรกของประเทศไทยที่เปิดสอนระดับปริญญาโทสาขาวิทยาการหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติโดยเฉพาะ