Bionics เทคโนโลยีเปลี่ยนโลก | 3DD Digital Fabrication เครื่องพิมพ์3มิติ สแกนเนอร์ เลเซอร์

Bionics มาจากคำว่า Biology + Electronics (Jack E. Steele) หรือบางสำนักใช้ Mechanics สำหรับในภาษาไทยนั้น คำที่ใกล้เคียงที่สุดน่าเป็น ชีวจักรกล เป็นเทคโนยีที่ประยุกต์ระหว่าง หมอกับวิศวกร(กรณีที่ใช้กับมนุษย์) หรือ นักวิทยาศาสตร์กับวิศวกร โดยการนำศาสตร์ความรู้ทางเครื่องจักร, Robot, วงจรไฟฟ้า และ AI มาประยุกต์ใช้กับมนุษย์, สิ่งมีชีวิต, สัตว์ รวมถึงพืชด้วย พืช

ตัวอย่างที่เห็นง่ายและชัดเจนคือ แขนกล Bionic Arm ที่ใช้กับผู้พิการแขนขาด สามารถสั่งงานโดยสัญญาณประสาทบริเวณแขนของผู้ใช้งานเอง หรือที่ตอนนี้ฮิตกันมากๆ Exoskeleton อุปกรณ์สวมใส่กับคนปกติ(Wearable robot) ที่ใส่แล้วทำให้คนมีพลังมากขึ้น ลดความเหนื่อยล้าในการ ใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตที่คนงานต้องออกแรงเยอะๆ หรือแม้แต่ในวงการทหารที่ทำให้ผู้ใส่กลายเป็นยอดมนุษย์ยกจรวดหลัก 100Kg ได้ เรื่องน่าตืนเต้นในหนัง Scifi พวกมนุษย์ไซบอร์กจะไม่เป็นแค่จิตนาการอีกต่อไป

นอกจากในมนุษย์ Bionics ยังประยุกต์ใช้ในสัตว์เช่น แมลง Bionic Insect เช่นการติด Sensor Tracking การเคลื่อนที่และการดำรงชีวิตของผึ้ง เพื่อศึกษาการลดจำนวนลงของผึ้ง ล่าสุดมีการทดลองติดวงจรรับสัญญาณโดยตรงจากสมองกับลิงพิการ โดยลิงใช้สมองบังคับรถวีลแชร์ให้เคลื่อนที่ได้โดยตรง

Bionics Bugs มีทั้งเลียนแบบการทำงานของแมลง และแบบติดตั้งในตัวของแมลง

โดยนักวิจัยที่ MIT ได้นำเอาท่อนาโนคาร์บอนใส่เข้าไปในเซลล์พืช แล้วทำให้พืชสามารถสังเคราะห์แสงได้มีประสิทธิภาพสูงกว่าเดิม นอกจากนั้น ยังมีงานวิจัยที่ใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์ไปเชื่อมต่อกับระบบการสื่อสารระหว่างเซลล์ในพืช เพื่อใช้พืชเป็นอุปกรณ์เซ็นเซอร์ตรวจจับสิ่งผิดปรกติ ผมเคยเห็นงานวิจัยชิ้นหนึ่ง ที่ทำให้พืชเป็นสิ่งมีชีวิตกึ่งหุ่นยนต์ โดยเชื่อมต่อระบบเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์เข้าไปกับพืช เพื่อทำให้พืชสามารถเคลื่อนที่ไปหาแสง หรือ แหล่งน้ำได้ … เป็นการเอาชนะธรรมชาติเดิมของพืช ที่มันเป็นสิ่งมีชีวิตที่เคลื่อนที่ไม่ได้

ในบทความนี้จะพูดถึง Bionics หรือ ชีวจักรกลที่เกี่ยวกับมนุษย์เราเป็นหลัก

exoskeleton ช่วยผู้ป่วยเดินไม่ได้ให้กลับมาเดินได้อีกครั้ง

Bionics ในปัจจุบัน
มีหลายปัจจัยบวกที่ทำให้ Bionics มีความนิยมและใช้ในวงกว้างมากขึ้น เนื่องจากเทคโนโลยีมีราคาถูกลง การขึ้นต้นแบบและการผลิตสามารถทำได้ง่ายขึ้น ไม่ต้องมีการผลิตต่ำขั้นจาก 3D Printer แบตเตอรี่มีขนาดเล็กลงและมีความจุมากขึ้น รวมถึงการมาของ IoT เมื่อทุกอย่างสามารถเชื่อมต่อเข้ากับเนตเวิร์ค บังคับการใช้งานทางไกล

Aging Society สังคมผู้สูงอายุ ปัจจุบันโลกเข้าสู่สังคมผู้สูงอายุคนมีอายุมากขึ้น โดยเฉพาะในประเทศไทยอายุขัยของประชากรมากขึ้น คนแก่อยู่ด้วยตัวเองและพึ่งพาตัวเองมากขึ้น Bionics แบบสวมใส่จะช่วยให้คนแก่เหล่านี้ใช้ชีวิตประจำวันได้ดีขึ้น เช่นชุด ExoSkeleton ทำให้คนแก่เดินได้คล่องตัว หรือช่วยให้มีกำลัง หรือ ตัวซัพพอร์ตเข่าทำให้คนแก่สามารถนั่งยองแล้วลุกขึ้นยืนง่าย

ปัจจุบัน 3D Printer มีความนิยมมากขึ้น และมีราคาถูกลงอย่างมาก มีส่วนช่วยอย่างมากในการสร้างสรรค์นวัตกรรมใหม่ๆ Bionics ล้วนเกี่ยวของกับบุคคล และบุคคลแต่ละคนนั้นมีขนาดไม่เท่ากัน (ขนาดแขนซ้ายและขวายังมีขนาดไม่เท่ากัน) เมื่อก่อนมีข้อจำกัดในการสร้างเนื่องจากเป็นของที่ Custom made ทำให้ต้นทุนสูงใช้เวลาในการผลิตนาน มาปัจจุบันมีเทคโนโลยี 3D Scanning, 3D Printing ซึ่งลดต้นทุนและประหยัดเวลาเป็นอย่างมาก

ส่วนประกอบต่างๆจาก Bionics Arm มาจากเครื่องพิมพ์ 3มิติ

ความปลอดภัยของการทำงานเป็นกฏหมายบังคับใช้ในหลายๆประเทศ อุตสาหกรรมแรกๆที่ใช้ ExoSkeleton (ชุดที่ใสแล้วช่วย Support ร่างกาย ลดการบาดเจ็บในการทำงาน) คืออุตสาหกรรมรถยนต์ บริษัทผลิตรถยนต์หลายแห่งให้พนักงานของตนใช้ Bionic devices ช่วยในการทำงาน ลองนึกภาพว่าพนักงานในสายการผลิตต้องเงยหน้าทั้งวันในการเช็คสภาพรถและไขน็อต หากไม่มีอุปกรณ์ Support อาจจะทำงานได้น้อย หรือบาดเจ็บจากการทำงานได้ง่ายๆ บริษัทที่ใช้อยู่ในปัจจุบันเช่น Ford Motor, BMW, Hyundai (บางแห่งของจากพัฒนาและให้พนักงานตัวเองใช้แล้ว ยังเอามาขายกับคนข้างนอก)

การปรับตัวของมหาวิทยาลัยก็มีส่วนสำคัญ ผลักดันให้ Bionics มีความนิยมมากขึ้น เช่นในไทย รพ.รามาฯ เปิดหลักสูตร “แพทย์-วิศวะ” เรียน 7 ปี ได้สองปริญญา ปั้น “แพทย์นวัตกร” สาขาวิชาที่เป็นการประยุกต์แพทย์+วิศวะ ชีวการแพทย์ เทรนดังกล่าวมีมาช่วงนึงแล้ว เนื่องจากเทคโนโลยี Robotic กับมนุษย์มีความนิยมมากขึ้น การวิจัยที่เกี่ยวกับ Bionics มีมากขึ้น

หลักสูตรที่เปิดร่วมระหว่าง แพทย์รามา-วิศวะมหิดบ

Bionics ในอนาคต
ปัจจุบัน Bionics ยังอยู่ในรูป อุปกรณ์ส่วมใส่(wearable robotics) หรืออุปกรณ์ทดแทน(Prosthetic devices) แต่ในอนาคตอันใกล้เราจะเข้าใกล้หนัง Scifi มากขึ้น หลายๆคนคงรู้จักหนังดังอย่าง The Metrix การเชื่อมต่อคนเข้ากับคอมพิวเตอร์ ผ่านสมองโดยตรง
ล่าสุด Elon Musk เปิดตัว Neurallink โครงการนี้จะฝั่งเส้นสัญญาณขนาดเล็กมากเข้าไปในสมอง ปัจจุบันอาจจะติดเรื่องกฏหมายเรื่องการทดลองในมนุษย์ แต่นักวิทยาศาสตร์บอกว่าเรื่องนี้เป็นไปได้และได้ทดลองกับสัตว์ทดลองเป็นที่เรียบร้อยแล้ว

A : การต่อสายสัญญาณกับสมองโดยตรง B : output สัญญาณออกเป็นช่อง USB-C ดูน่ากลัวพิลึก แต่เรื่องดังกล่าวจะใกล้ตัวเรามากในอนาคต

Bionics กับการใช้งาน แบ่งการใช้งานหลักๆได้ดังนี้

Health Care
การใช้งาน ชีวจักรกลเพื่อการแพทย์ การรักษาผู้ป่วย ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดที่สุดคือ ReWalk เป็น ExoSkeleton เพื่อการสวมใส่สำหรับผู้ป่วย Stroke หรือกำลังทำกายภาพบำบัดอยู่ ลักษณะเหมือนเป็นหุ่นยนต์ช่วยเดิน แบบสวมใส่ ช่วยพยุงตัวคนใช้งาน ส่งเสริมการทำกายภาพบำบัด
หรืออีกตัวอย่างนึง Open Bionics ทำแขนกลสำหรับผู้พิการแขน โดยสามารถสั่งงานการหยิบจับ ผ่านประสาทสัมผัสที่ต้นแขน โดยผู้ใช้สามารถเลือกสี รูปแบบ รวมถึงออกแบบ แขนกลดังกล่าวด้วยตนเองได้

บ้านพักคนชราที่ญี่ปุ่นเริ่มการใช้ Exoskeleton กันแล้ว
Work
การใช้ Bionics ในโรงงานอุตสหกรรม คลังสินค้า เครื่องมือช่วยดังกล่าวให้พนักงานทำงานได้ยาวนานขึ้น ลดความเมื่อยล้าในการทำงานลง โดยปัจจุบันใจใน line การผลิตของรถยนต์ Ford, Hyundai หรือในคลังสินค้าอย่างใน Amazon ตัวอย่างต่อไปในประเทศญี่ปุ่น มีจำนวนผู้สูงอายุมากขึ้น แต่กับมีผู้ดูแลหรือนางพยาบาลน้อยลง Bionics ที่ใช้สวมใส่ จำพวก ExoSkeleton มีการใช้งานมากขึ้น ในบ้านพักคนชรา ทำให้พยาบาลผู้ดูแลยกคนชราขึ้นเตียงได้ เป็นต้น

ในสายการผลิตรถยนต์ หรือในคลังสินค้า มีการ wearable robotics อย่างแพร่หลาย
Military
เป็นวงการที่มีเงินลงทุนเยอะที่สุด เรื่องของ Super Soldier มีมานานมากแล้ว เป็นอุปกรณ์ที่สวมใส่ แล้วเพื่อพลังให้ทหารให้ ยกของได้มากขึ้น วิ่งได้เร็วขึ้น และอื่นๆ อาจจะเรียกว่าชุดเกราะทางทหารก็ว่าได้

เมื่อใส่แล้วทหารวิ่งเร็วขึ้น, สามารถยกของได้มากขึ้น

เหมือนในหนัง Scifi Exoskeleton มาในการทหารมากขึ้นรวมกับ Robotics

Bionics ประเภทต่างๆตามการสวมใส่

แบบส่วมใส่ อาจจะมาในรูปแบบเสื้อ ใส่ที่แขน สวมที่ขา
แบบทดแทน ใส่แทนแขนที่เสียไป หรือ ใส่แขนขาที่ถูกตัดไปจากอุบัติเหตุ
แบบปลุกถ่าย (จำพวก Neuralink) อันนี้อาจจะดูล้ำหน้า แต่อนาคตอันใกล้เราน่าได้เห็น Bionics แบบปลูกถ่ายในร่างกายเราเลย เชื่อมต่อโดยตรงกับสมองของ อาจจะมาเป็นรูปแบบคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลแบบฝั่งในร่างกายมนุษย์

Bionics กับ 3D Printer
3D Printer เป็นเครื่องมือผลิตชิ้นงาน แบบ Customize ได้ไม่จำเป็นต้องผลิตแบบเดียวกันเป็นหลักพัน หลักหมื่นชิ้นอีกต่อไป ดังนั้นการสร้างชิ้นงานให้เหมาะกับบุคคลนั้นๆ(personalize) จึงไม่ยากและราคาแพงอีกต่อไป เมื่อวัดขนาดทางกายภายของบุคคลนั้นๆด้วยเครื่องมือวัด หรือ 3D Scanner >> สามารถออกแบบชิ้นงานใน CAD ให้เหมาะกับคนนั้นๆ >> สุดท้ายสามารถพิมพ์ชิ้นส่วนพลาสติก หรือ โลหะให้เหมาะกับขนาดคนนั้นๆต่อด้วย 3D Printer เป็นการลดเวลาและต้นทุนการผลิต อีกทั้งยังแม่นยำพอดีกับคนนั้นๆอีกด้วย