จุฬาฯ เปิดตัว “ห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์” 

วิศว จุฬาฯ สร้าง “ห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์” แหล่งจุดประกายฝันคนรักหุ่นยนต์ เปิดกว้างนิสิตทุกชั้นปี ทั้งจุฬาฯ ต่างมหาวิทยาลัย และนักวิจัยต่างชาติ ศูนย์รวมตัวแลกเปลี่ยนเรียนรู้ ออกแบบหุ่นยนต์เพื่อการแพทย์และอุตสาหกรรม 

รศ.ดร.รณพีร์ ชัยเชาวรัตน์ อาจารย์จากสำนักบริหารหลักสูตรวิศวกรรมนานาชาติ คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เปิดเผยว่า “ห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์” เป็น Alternative Solution เป็นห้องแล็บ และสิ่งแวดล้อมที่มีเครื่องมือให้นิสิตได้ประกอบหุ่นยนต์ในเวลาว่างจากการเรียน เป็นการเน้น “Proof of Concept” คือนิสิตต้องนำเสนอแนวคิดที่อยากทำในที่ประชุม แล้วทดลองทำ ก่อนที่จะนำนวัตกรรมไปทดสอบกับผู้ใช้งานจริง

สำหรับนวัตกรรมไฮไลท์ของห้องแล็บที่นี่ คือ “หุ่นยนต์สวมใส่บนร่างกายผสานการขับเคลื่อนด้วยล้อเพื่อสนับสนุนการเคลื่อนไหวของมนุษย์” (Transformable Wheelchair–Exoskeleton Hybrid Robot for Assisting Human Locomotion) ที่เรียกว่า Wheelchair Exoskeleton หรือ “ไอรอนแมนพันธุ์ไทย” สร้างขึ้นต้นทุนการผลิตในห้องแล็บที่ 130,000 บาท ได้รับการสนับสนุนทุนวิจัยจากสำนักการวิจัยแห่งชาติในปี พ.ศ. 2564 – 2565 และล่าสุด ได้ผ่านเข้ารอบสุดท้ายในโครงการรางวัล

“วีลแชร์ปกติเคลื่อนที่ได้ตามทางปกติเท่านั้น แต่ขึ้นรถเมล์ไม่ได้ ขึ้นลงบันไดไม่ได้จึงมองว่าถ้าวีลแชร์สามารถพับขึ้นมาแล้วช่วยให้ผู้นั่ง ลุกขึ้นมาเดินได้ ก็จะทำให้ผู้ที่มีปัญหาทางการเคลื่อนไหวเดินได้สะดวกขึ้น” 

โดย Wheelchair Exoskeleton ออกแบบโดยใช้โปรแกรมสามมิติจากคอมพิวเตอร์ และหาซื้อวัสดุเอง เลือกใช้คาร์บอนไฟเบอร์ ที่มีน้ำหนักเบาและผลิตโดยเครื่องพิมพ์สามมิติ บางชิ้นส่วนตัดโดยเครื่องกลึง CNC (Computer Numerical Control)

รศ.ดร.รณพีร์ อธิบายว่า หุ่นยนต์มีลักษณะเป็นหุ่นยนต์ไฮบริดแบบใหม่ ผสมผสานรถเข็นและ Exoskeleton เข้าด้วยกัน ขาช่วงล่าง สามารถเปลี่ยนโหมดการใช้งานได้ระหว่างนั่งและเดิน โดยใช้มอเตอร์ช่วยในการเคลื่อนไหวของข้อต่อสะโพกและหัวเข่า ส่วนข้อต่อข้อเท้าเป็นข้อต่ออิสระ ไม่มีการขับเคลื่อน ล้อซ้ายและขวาสามารถเก็บเข้าไปในส่วนขาส่วนล่าง เพื่อเปลี่ยนเป็นท่าเดินหรือข้ามสิ่งกีดขวาง

“การออกแบบหุ่นยนต์ประเภท Exoskeleton คำนึงถึงอวัยวะของผู้สวมใส่และหุ่นให้ไปด้วยกันได้ สวมแล้วไม่ยืดหรือไม่หด ไม่ระคายผิวหนัง ทุกครั้งที่เหวี่ยงขาจริง Exoskeleton ก็ต้องเหวี่ยงไปด้วย เวลางอหัวเข่า หัวเข่าของหุ่นยนต์ก็ต้องงอไปพร้อมกัน” 

สำหรับโครงร่างการออกแบบหุ่นยนต์ Wheelchair Exoskeleton ใช้หลักการ Kinematics Compatibility หรือความเข้ากันได้เชิงจลศาสตร์ในการออกแบบหุ่นสวมใส่บนร่างกาย กระดูกคนเป็นกระดูกถ้วยกับกระดูกก้อนที่มาสไลด์กัน แต่กลไกมอเตอร์ หมุนรอบแกนหมุนแกนเดียว เมื่อเอามอเตอร์มาติด จะไม่สอดคล้องกับสรีระคนโดยตรง จึงออกแบบข้อต่อหัวเข่าให้เป็น Linkage เพื่อให้เส้นทางการเคลื่อนที่ของจุดศูนย์กลางการหมุน สามารถเลียนแบบกระดูกจริง ข้อต่อที่มีการงอขาเยอะๆ ก็ใช้ Four-bar Linkage ให้จุดหมุนเปลี่ยนไปตามข้อต่อได้ นอกจากนี้ ได้นำความรู้เรื่อง Biomechanic หรือชีวกลศาสตร์ ซึ่งสามารถคำนวณแรงบิดที่เกิดขึ้นจากรอบข้อเท้า หัวเข่า และสะโพกได้ เพื่อนำข้อมูลไปสร้างหุ่นยนต์ที่เหมาะสมกับสรีระของคน

ทางด้านการผลิตเชิงพาณิชย์ ดร.รณพีร์  มองตามความเป็นจริงว่าเป็นหุ่นยนต์มีความเสี่ยงทางธุรกิจเพราะเป็นแนวคิดใหม่ บริษัททั่วไปอาจจะยังลังเลว่าจะลงทุนดีหรือไม่ หุ่นยนต์ต้นแบบแรกเราจึงทำเองทั้งหมดในอนาคต หากจะมีการพัฒนาหุ่นยนต์เสริมเป็นบางจุด หรือเชิงพาณิชย์จะต้องการคนมากขึ้นเพื่อมาช่วยกันสร้างหุ่นยนต์ ซึ่งหมายความว่าต้องมีเงินทุน อย่างไรก็ตามสังคมสูงวัยและจำนวนผู้สูงอายุที่มากขึ้นจะเป็นปัจจัยเร่งสำคัญในการผลิตหุ่นยนต์สวมใส่บนร่างกายมีแบบใหม่ๆ มากขึ้น ประเด็นสำคัญคือต้องอาศัยศาสตร์อื่นมาช่วย อย่างสถาปัตยกรรมศาสตร์ช่วยออกแบบหุ่นยนต์ เพื่อให้สวยงาม และเมื่อจะนำหุ่นยนต์ไปใช้งานจริง ฝ่ายสหเวชศาสตร์ต้องมาช่วยแนะนำผู้สูงอายุและผู้ป่วยต่อไป

ปัจจุบันรศ.ดร.รณพีร์ กำลังพัฒนาหุ่นยนต์ Wheelchair Exoskeleton ต้นแบบตัวที่สอง โดยแก้ไขเรื่องการนั่ง การลุกให้มั่นคงและเดินได้สะดวกกว่าเดิม อยู่ระหว่างการยื่นขอจดทรัพย์สินทางปัญญา ขั้นตอนต่อจากนี้จะเป็นการทดสอบการใช้งานจริงกับผู้ป่วยและผู้สูงอายุ 

ใน“ห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์” นอกจาก Wheelchair Exoskeleton แล้ว ยังมีนวัตกรรมหุ่นยนต์เด่นๆ อีกหลายตัว ซึ่งเป็นผลงานของนิสิตนักศึกษาผู้รักการประดิษฐ์หุ่นยนต์ ประกอบด้วย 

1. หุ่นยนต์สวมใส่บนร่างกายส่วนบนสนับสนุนการเคลื่อนไหว ประดิษฐ์โดย นาย ฐปนนท์ หนูจันทร์ นักศึกษาปริญญาตรีฝึกงานจากวิทยาลัยนวัตกรรมการผลิตขั้นสูง สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง

2. หุ่นยนต์สวมใส่บนร่างกายส่วนบน ฟื้นฟูพิสัยการเคลื่อนไหวข้อต่อ ประดิษฐ์โดย นายกรวิชญ์ ฐานะสิทธิ์ นิสิตปริญญาโท วิศวกรรมเครื่องกล จุฬาฯ 

3. หุ่นยนต์กายภาพบำบัดร่างกายส่วนบน แบบตั้งโต๊ะต้นทุนต่ำ ประดิษฐ์โดย นายเขมวุฒา พรพิพัฒน์สกุล นิสิตปริญญาเอก วิศวกรรมเครื่องกล จุฬาฯ โดยหุ่นยนต์ทั้ง 3 ตัวเป็นต้นแบบเพื่อทดสอบความเป็นไปได้ของแนวคิดเบื้องต้นในห้องปฏิบัติการ โดยจะมีการทดสอบเพิ่มเติมกับผู้ใช้จริงในสภาพแวดล้อมที่กำหนด และต้องผ่านการรับรองมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง จึงจะสามารถผลิตและนำไปใช้งานจริงได้ 

ที่มา : https://www.chula.ac.th/highlight/210855/