หุ่นยนต์ 6 ขา

โครงการสมองไหลกลับ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.)  ได้จัดการบรรยายพิเศษในหัวข้อ  Walking Machine Technology: Towards Versatile, Adaptive, Autonomous Systems

ดร.ปรเมษฐ์ มนูญพงศ์  นักวิชาการไทยที่มีชื่อเสียงด้านหุ่นยนต์เดินด้วยขา จากประเทศเยอรมนี  ผู้ที่นำกลไกการทำงานของสิ่งมีชีวิตมาใช้พัฒนาหุ่นยนต์เดินด้วยขาสมองกล ที่มีระบบควบคุม สั่งการ ปรับเปลี่ยนพฤติกรรมการเดิน เพื่อหลบหลีกสิ่งกีดขวาง ทั้งยังสามารถเรียนรู้เดินหนีศัตรูที่มาเข้าใกล้ด้วยตนเองได้สำเร็จ

ดร.ปรเมษฐ์ มนูญพงศ์ 

ดร.ปรเมษฐ์  มนูญพงศ์  กล่าวว่า สิ่งมีชีวิตที่ฉลาดที่สุดคือ มนุษย์ รวมไปถึงสัตว์และแมลงต่างๆ  ดังนั้นการที่จะสร้างหุ่นยนต์เดินด้วยขาที่มีความเฉลียวฉลาด หรือมีการเรียนรู้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงควรนำหลักการทำงานของสิ่งมีชีวิตมาประยุกต์ใช้ 

ซึ่งตัวอย่างของหุ่นยนต์ 6 ขา ที่พัฒนาขึ้นนี้  ได้มีการศึกษาโครงสร้างและหน้าที่การทำงานในส่วนต่างๆ (Biomechanic) ของแมลงสาบ เพื่อนำมาออกแบบตัวหุ่นยนต์ให้มีลักษณะคล้ายแมลงสาบ  คือมี 6 ขา  แต่ละขาจะประกอบด้วยข้อต่อ 3 ข้อ  ส่วนหัวกับลำตัวส่วนล่างมีข้อต่อช่วยให้เกิดการเคลื่อนที่ในแนวราบและช่วยให้ปีนป่ายข้ามสิ่งกีดขวางได้

นอกจากนี้ยังมีการติดเซ็นเซอร์ต่างๆ เช่น  เซ็นเซอร์ที่ใช้ในการตรวจจับแสง  ตรวจจับเสียง ตรวจจับสิ่งกีดขวาง ตรวจจับลม  ตรวจจับวัตถุที่เข้าใกล้ และตรวจจับการเคลื่อนไหวของลำตัว เป็นต้น  โดยทั้งหมดจะทำงานผ่านการควบคุมของพีดีเอ (Personal Digital Assistant : PDA)

" หุ่นยนต์ไม่เพียงมีรูปร่างคล้ายแมลงสาบ แต่ยังมีพฤติกรรมและระบบควบคุมการทำงานที่จำลองมาจากโครงข่ายประสาทของสิ่งมีชีวิต  (Neural Control)  เรียกว่า โครงข่ายประสาทเทียม ซึ่งในหุ่นยนต์ 6 ขา จะมีหลักการทำงานคล้ายแมลงสาบซึ่งมีเซลล์ประสาทส่วนกลางที่อยู่บริเวณกลางลำตัว (Central Pattern Generator) ทำหน้าที่เป็นตัวสร้างสัญญาณการเคลื่อนไหวขาโดยอัตโนมัติ

และใช้สัญญาณที่ตรวจจับได้จากเซ็นเซอร์ต่างๆส่งเข้าสู่โครงข่ายประสาทเทียมเพื่อประมวลผลเพื่อเปลี่ยนพฤติกรรมการเดินในรูปแบบต่างๆ ทำให้หุ่นยนต์สามารถเปลี่ยนพฤติกรรมเพื่อตอบสนองจากสิ่งที่รับรู้ได้ทันที  หุ่นยนต์ 6 ขาตัวนี้ จึงสามารถเดินหลบหลีกสิ่งกีดขวาง  ปีนข้ามสิ่งกีดขวาง  เดินไปตามทิศทางของแสงได้ด้วยตนเอง  อีกทั้งหุ่นยนต์จะเดินเร็วขึ้นเมื่อมีลมผ่านเซ็นเซอร์ตรวจจับลมที่บริเวณก้น คล้ายแมลงสาบที่วิ่งหนีเร็วมากเมื่อศัตรูเข้ามาทางด้านหลังเนื่องจากมีประสาทสัมผัสตรวจจับลมเช่นกัน

นอกจากนี้หากมีการเปลี่ยนตัวแปรบางตัวที่โครงข่ายประสาทเทียมจะทำให้เกิดสัญญาณแบบสุ่ม หรือไม่แน่นอน ทำให้หุ่นยนต์นำขาขึ้นจากหลุมได้เองในกรณีที่ตกหลุม  โดยที่ไม่ได้มีการโปรแกรมไว้ล่วงหน้า นอกจากนี้ข้อดีของการใช้โครงข่ายประสาทเทียม ยังสามารถสอนให้หุ่นยนต์เกิดการเรียนรู้ได้เช่นเดียวกับระบบประสาทของสิ่งมีชีวิต  ซึ่งทีมวิจัยได้ทดลองสร้างพฤติกรรมการเรียนรู้คล้ายการเดินหนีศัตรูให้หุ่นยนต์ตั้งแต่ได้ยินเสียงโดยที่วัตถุยังไม่เข้ามาใกล้ได้สำเร็จอีกด้วย"

ดร.ปรเมษฐ์ กล่าวว่า  นอกจากหุ่นยนต์คล้ายสัตว์แล้ว ทีมวิจัยยังได้พัฒนาหุ่นยนต์  2 ขา ที่เรียกว่า "รันบอท (Runbot)" เป็นหุ่นยนต์  2 มิติ  มีคานรองรับด้านข้าง ประกอบด้วยมอเตอร์ควบคุม 5  ตัว ได้แก่  มอเตอร์ควบคุมการเคลื่อนไหวส่วนบน 1 ตัว  มอเตอร์ที่ควบคุมการเคลื่อนไหวของสะโพก 2 ตัว และมอเตอร์ควบคุมการแกว่งของหัวเข่าอีก 2 ตัว 

ส่วนเท้ามีการออกแบบให้เป็นส่วนโค้ง นอกจากนี้ยังมีเซ็นเซอร์วัดความหน่วง  เซ็นเซอร์ตรวจจับพื้นเอียงเพื่อสร้างให้เกิดการเรียนรู้ในการเดินบนพื้นที่ต่างระดับด้วย  ส่วนระบบควบคุมจะใช้โครงข่ายประสาทเทียมโดยเป็นการสร้างสัญญาณผ่านเซ็นเซอร์เพื่อกระตุ้นการทำงานของข้อต่อต่างๆ และใช้เซ็นเซอร์ตรวจจับองศาของหัวเข่า เป็นต้น

โดยขณะนี้รันบอทเป็นหุ่นยนต์ 2 ขา ที่เดินเร็วที่สุดในโลกเมื่อเทียบกับขนาดตัว โดยเดินได้ที่ความเร็ว 80 เซนติเมตรต่อวินาที  และมีจุดเด่นเมื่อเทียบกับหุ่นยนต์อาซิโม คือ เวลาก้าวเดินขามีลักษณะเหยียดตรงคล้ายคน ใช้พลังงานน้อย ระบบควบคุมไม่ซับซ้อน ขณะที่หุ่นยนต์อาซิโมเวลาก้าวเดิน เท้าจะงอขนานกับพื้น และมอเตอร์ต้องทำงานตลอดเวลาใช้พลังงานมาก"

อย่างไรก็ดีประโยชน์ของการพัฒนาเทคโนโลยีหุ่นยนต์เดินด้วยขา นี้ เชื่อว่าจะนำมาช่วยพัฒนางานวิจัยและการศึกษาในประเทศไทยในอนาคตได้ 3 ส่วน ด้วยกันคือ 1. การนำองค์ความรู้พื้นฐานการเดินของคนมาใช้พัฒนาขาเทียมที่มีความเฉลียวฉลาดที่ไม่เพียงแค่เดินเท่านั้น แต่ยังสามารถวิ่งและเล่นกีฬาสำหรับคนพิการได้ด้วยโดยเสียค่าใช้จ่ายในราคาที่เหมาะสม 

2. การนำเทคโนโลยีหุ่นยนต์เดินด้วยขาคล้ายสัตว์ นำมาใช้เป็นต้นแบบในการเรียนการสอนให้กับนักเรียนที่สนใจศึกษาด้านหุ่นยนต์ รวมถึงชีววิทยาเพื่อดูกลไกการเคลื่อนไหวของสิ่งมีชีวิต และ 3.สร้างศูนย์การเรียนรู้เกี่ยวกับระบบโครงข่ายประสาท เพื่อปูพื้นฐานความรู้ ความเข้าใจการทำงานของระบบประสาทในสิ่งมีชีวิตในรูปแบบที่ง่ายมากขึ้น

การศึกษาโครงสร้างและหน้าที่ของแมลงสาบเพื่อนำมาออกแบบหุ่นยนต์ 6 ขา

หุ่นยนต์เดินด้วยขาที่นักวิชาการพัฒนาขึ้น 4 ขา 6 ขา และ 2 ขา