ปลาว่ายน้ำยังไง? ข้อสงสัยสู่หุ่นยนต์ใช้พลังงานต่ำ

สำหรับบางคน อาจจสนใจแค่ปลาชนิดไหนอร่อยที่สุด ทำกับข้าวอะไรน่ากินที่สุด แต่สำหรับนักประดิษฐ์ที่ช่างสังเกตแล้ว วิธีว่ายน้ำของปลาคือการเคลื่อนที่อันน่าสนใจ และนำมาประยุกต์เพื่อสร้างเครื่องยนต์ประหยัดพลังงานได้

ผศ.ดร.สโรช ไทรเมฆ อาจารย์ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) ผู้ศึกษาหุ่นยนต์ปลามาเป็นเวลา 6 ปี กล่าวกับ "ทีมข่าววิทยาศาสตร์ ASTVผู้จัดการออนไลน์" ภายในค่ายหุ่นยนต์ปลา ซึ่งจัดขึ้นระหว่างวันทีื่ 17-18 ก.พ.52 ณ บ้านวิทยาศาสตร์สิรินธร อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย ว่า การศึกษาเรื่องหุ่นยนต์ปลานั้น เริ่มต้นจากการพิสูจน์การเคลื่อนที่ของปลา เมื่อปี 2473 โดย เซอร์เจมส์ เกรย์ (Sir James Gray) นักวิทยาศาสตร์อังกฤษที่ทดลองนำซากโลมา่หย่อนลงในถังให้ตกจากที่สูง โดยในถังบรรจุน้ำไว้

ซากโลมาจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นเรื่อยๆ จนถึงจุดหนึ่งที่เกิดแรงต้านจากน้ำทำให้การเคลื่อนที่มีความเร็วคงที่ ซึ่งเมื่อคำนวณย้อนกลับหากำลังขับเคลื่อนของโลมาพบว่า กล้ามเนื้อของโลมาต้องออกแรงมากกว่าคนถึง 7 เท่า ซึ่งเป็นไปไม่ได้ เพราะลักษณะกล้ามเนื้อของโลมาและคนไม่ได้แตกต่างกันมาก ดังนั้นจึงน่าจะเป็นเพราะลักษณะการเคลื่อนที่ของโลมาที่ช่วยลดแรงต้านจากน้ำได้

"อีกกรณีคือการศึกษาการว่ายน้ำของปลากระโทงแทง ซึ่งว่ายน้ำได้ด้วยความเร็วสูง โดยเมื่อตกใจสามารถว่ายได้เร็วถึง 140 กิโลเมตรต่อชั่วโมง คำนวณเป็นแรงม้าได้ถึง 110 แรงม้า แต่ก็เป็นไปไม่ได้ เพราะคนเราเองมีกำลังไม่ถึงครึ่งแรงม้าด้วยซ้ำ และปลาก็มีขนาดไม่ไหญ่ไปกว่าคนมากนัก จึงเป็นเหตุผลให้เราสนใจการเคลื่อนที่ของปลาและหุ่นยนต์ปลา" ผศ.ดร.สโรชกล่าว

สำหรับเมืองไทยอาจมีคนอื่่นๆ ที่ศึกษาเรื่องหุ่นยนต์ปลาเช่นกัน แต่สำหรับเขาศึกษาเรื่องนี้มาประมาณ 6 ปี และในระดับปริญญาเอกเขาได้ศึกษาเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของหางปลา ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่แบบกลับไป-กลับมา จนกระทั่งได้ทำงานทางด้านเครื่องกล ก็ได้นำเรื่องนี้มาศึกษาต่อ ทั้งนี้ หุ่นยนต์ปลามีศักยภาพสูง ที่จะนำไปพัฒนาเครื่องกลหรือยานพาหนะที่ลดแรงต้านทานในการเคลื่อนที่ได้ แต่ปัจจุบันยังอยู่ระหว่างหาองค์ความรู้

ต่างประเทศก็ศึกษาเรื่องหุ่นยนต์ปลาเป็นจำนวนมาก โดยในปี 2538 สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเสตต์ หรือเอ็มไอที (Massachusetts Institute of Technology: MIT) สหรัฐฯ ได้ประดิษฐ์หุ่นยนต์ปลาขึ้นเป็นครั้งแรก ส่วนประเทศอื่นๆ อาทิ อังกฤษ จีน สิงคโปร์ ญี่ปุ่น อิหร่าน ฝรั่งเศส และอีกหลายประเทศในยุโรปก็ได้ศึกษาเรื่องหุ่นยนต์ปลาเช่นกัน

"การศึกษาการเคลื่อนที่ของปลานั้น มีความซับซ้อนมาก การเคลื่อนที่ใช้พลังงานต่ำและสามารถนำพลังงานที่สูญเสียกลับมาใช้ได้ใหม่ ถ้าเรารู้ก็จะสามารถรู้วิธีพัฒนาการนำพลังงานที่สูญเสียไปกลับมาใช้ได้ใหม่ เช่น พลังงานจากคลื่น หรือพลังงานน้ำ เป็นต้น และสุดท้ายต้องได้รายละเอียดที่อธิบายด้วยสมการทางคณิตศาสตร์ได้" ผศ.ดร.สโรชกล่าว

ส่วนกิจกรรมในค่ายหุ่นยนต์ปลานี้ เขามุ่งหวังว่านักเรียนจะได้เรียนรู้การทำงานทางด้านวิศวกรรม ได้ลองผิด-ลองถูก และได้ประเมินตัวเองว่าชอบงานทางด้านวิศวกรรมหรือไม่ เพราะในฐานะที่เป็นอาจารย์เขาคาดหวังให้นักศึกษาที่จะเข้ามาเรียนนั้นรักที่จะทำงานทางด้านวิศวกรรม ซึ่งจะทำให้ผู้เรียนมีความสุขกว่า

ภายในค่ายมีนักเรียนชั้น ม.ปลายกว่า 30 คนจากทั่วประเทศเข้าร่วม โดยนักเรียนจะได้รับฟังบรรยายเกี่ยวกับหลักการทางวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีจากการเลียนแบบธรรมชาติของปลา จาก ผศ.ดร.สโรช

อีกทั้งยังได้ลงมือประกอบหุ่นยนต์ปลาโดยแบ่งเป็นกลุ่มละ 3 คน พร้อมทีมพี่เลี้ยงจากคณะวิสวกรรมศาสตร์ มจธ. คอยให้คำแนะนำ จากนั้นมีการแข่งขันหุ่นยนต์ปลา ทั้งด้านความเร็ว การเคลื่อนที่ได้แม่นยำ ความสวยงาม เทคนิคยอดเยี่ยมและความคิดสร้างสรรค์

ในการแข่งขันทั้ง 5 ด้าน ผศ.ดร.สโรชกล่าวกับทีมข่าววิทยาศาสตร์ว่า การออกแบบให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่แม่นยำตรงเป้าหมายนั้นทำได้ยากที่สุด เพราะลักษณะการเคลื่อนที่ของปลาจะเคลื่อนที่ซ้าย-ขวา สลับไป-มา จึงต้องออกแบบให้มอเตอร์ทั้ง 2 ด้านออกแรงได้เท่ากัน

ทางด้านผู้่ชนะการแข่งขันประเภทการเคลื่อนที่แม่นยำ ได้แก่ นายพงศ์ทัศน์ บัวเลิศ นักเรียนชั้น ม.5 โรงเรียนวิเชียรมาตุ จ.ตรัง น.ส.พิมพ์พิสุทธิ์ วรขจิต นักเรียนชั้น ม.4 โรงเรียนสิกขาลัย จ.นนทบุรี และนายสุดท้าย อ่อนน่วม นักเรียนชั้น ม.4 โรงเรียนอัสสัมชัญนครราชสีมา

ทั้งสามเผยกับทีมข่าววิทยาศาสตร์ว่า คาดว่าการประดิษฐ์หุ่นยนต์ปลาจะยากกว่านี้ แต่ปรากฏว่าง่ายกว่าที่คิด โดยพวกเขาเพียงแค่นำชิ้นส่วนของหุ่นยนต์มาประกอบ ซึ่งพี่เลี้ยงได้ออกแบบกำลังมอเตอร์ที่เหมาะสม และเตรียมวัสดุกันน้ำให้

“สิ่งที่เราต้องทำคือ ออกแบบรูปร่างของหุ่นยนต์ให้เหมาะสมกับการเคลื่อนที่ในน้ำ ตอนแรกกังวลว่าจะนำหุ่นยนต์ลงน้ำได้อย่างไร แต่มีวัสดุกันน้ำให้ และเราก็ได้ลองผิด-ลองถูก ทดลองนำหุ่นยนต์ลงน้ำดูการเคลื่อนที่ว่าสมดุลหรือยัง ก็มีการปรับเปลี่ยนอยู่หลายรอบ ทั้งนี้เราได้ออกแบบหางให้มีสามแฉก ซึ่งช่วยให้โคนหางมั่นคงและเคลื่อนที่ได้ตรง แต่ตอนแรกเราตั้งใจเอาแชมป์ด้านความเร็ว แต่ก็ได้แชมป์ความแม่นยำแทน" ทั้ง 3 ธิบายการทำงานให้เราฟัง

นักเรียนทั้ง 3 คนเข้าร่วมค่ายนี้ ด้วยความสนใจหุ่นยนต์ปลาที่พวกเขามองว่าเป็นเรื่องแปลกใหม่ โดยในส่วนของ น.ส.พิมพ์พิสุทธิ์นั้น มีความสนใจทางด้านวิศวกรรมอยู่แล้ว และได้ศึกษาเรื่องการทำเครื่องบินเล็กมาก่อนด้วย จึงสนใจว่าหุ่นยนต์ที่นำลงน้ำได้นั้นเป็นอย่างไร

ส่วนพงศ์ทัศน์เห็นว่าเป็นเรื่องแปลกใหม่และสนใจเรื่องกลไก ขณะที่นายสุดท้ายมีความสนใจในเรื่องซอฟต์แวร์ และคาดว่าจะได้ผนวกความรู้เรื่องซอฟต์แวร์เข้ากับการประดิษฐ์หุ่นยนต์ แต่ปรากฏว่าในค่ายไม่มีกิจกรรมในเรื่องซอฟต์แวร์

สำหรับค่ายหุ่นยนต์ปลานี้จะจัดขึ้นอีกครั้งในเดือน มิ.ย.52 นี้ โดยคัดเลือกนักเรียนกลุ่มใหม่เข้าร่วมกิจกรรม ซึ่งค่ายดังกล่าวเป็นส่วนหนึ่งของกิจกรรม "เปิดโลกมหัศจรรย์แห่งวิวัฒนาการ" ของศูนย์วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเพื่อสังคม สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.)