ในวงการการผลิตและอุตสาหกรรมต่างๆ มีการประยุกต์ใช้งานเทคโนโลยีทางด้านหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ (Robotics and Automation) อย่างแพร่หลาย เทคโนโลยีดังกล่าวเป็นที่ต้องการอย่างมาก เนื่องจากช่วยให้การปฏิบัติงานของบุคลากรในองค์กรมีความสะดวก รวดเร็ว รวมถึงสามารถลดภาระงานที่ต้องการการทำซ้ำได้ดี นอกจากนี้เทคโนโลยีการผลิตหุ่นยนต์ในปัจจุบันมีความทันสมัยและมีความปลอดภัยสูงขึ้นกว่าเทคโนโลยีในอดีต

นักวิจัยและวิศวกรของสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) จึงได้ร่วมกันพัฒนาเทคโนโลยีหุ่นยนต์เพื่อการประยุกต์ใช้ โดยได้เลือกพัฒนาหุ่นยนต์ทางการแพทย์ (Medical Robot) ประเภท Medical Transportation Robots* ที่มีจุดประสงค์หลักเพื่อช่วยในการขนส่งเครื่องมือและอุปกรณ์ทางการแพทย์ ยา และอาหาร รวมถึงป้องกันการติดเชื้อจากการลดการสัมผัสของมนุษย์ อีกทั้งมีคุณสมบัติเด่นตรงสามารถเคลื่อนที่ได้และช่วยลดต้นทุนในการขนส่งภายในอาคารได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ระบบหุ่นยนต์ทางการแพทย์

 

การพัฒนาหุ่นยนต์ประเภทนี้อาศัยเทคโนโลยีทางวิศวกรรมด้านต่างๆ ในการพัฒนาระบบหุ่นยนต์ที่ประกอบด้วยฮาร์ดแวร์โครงสร้าง ระบบเซนเซอร์ และอุปกรณ์ควบคุมแบบอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อเพิ่มความแม่นยำและความปลอดภัยในการใช้งาน โดยหนึ่งในเป้าหมายของการประยุกต์ใช้หุ่นยนต์ทางการแพทย์เพื่อการช่วยยกและเคลื่อนย้ายอุปกรณ์ คือ การพัฒนาระบบหุ่นยนต์เพื่อการยกกล่องบรรจุอุปกรณ์จากห้องปลอดเชื้อ เพื่อช่วยในการถ่ายโอนออกไปยังสถานที่ต่างๆ ภายในโรงพยาบาลหลังจากที่ผ่านการทำความสะอาดเรียบร้อยแล้ว ซึ่งกล่องอุปกรณ์นั้นมีขนาดต่างๆ กัน

 

ระบบแรกสุดที่ได้พัฒนา คือ ระบบเชิงกลของหุ่นยนต์ ทั้งนี้เพื่อให้เกิดความเหมาะสมที่สุดในการเคลื่อนที่ และใช้ยกกล่องบรรจุอุปกรณ์ที่มีรูปร่างเฉพาะ รองรับน้ำหนักสูงสุดได้ที่ 100 – 150 กิโลกรัม มีระยะยกได้สูงสุดที่ 80 เซ็นติเมตร และมีระบบขับเคลื่อน 2 ล้อ โดยมีการสร้างและปรับปรุงระบบเชิงกลของหุ่นยนต์มาแล้วทั้งหมด 3 รูปแบบ (ดังภาพตัวอย่างด้านล่าง)

 

นอกจากการพัฒนาระบบเชิงกลของหุ่นยนต์แล้ว “การพัฒนาระบบควบคุมหุ่นยนต์” ก็เป็นสิ่งที่สำคัญและจำเป็นอย่างยิ่ง ซึ่งการพัฒนาดังกล่าวต้องอาศัยเทคโนโลยีด้านวิศวกรรมไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ และระบบควบคุมในการทำงานร่วมกัน ทั้งนี้ในการสั่งการหุ่นยนต์ต้องควบคุมการเคลื่อนที่ และสามารถเชื่อมต่อกับระบบเชิงกลของหุ่นยนต์และทำงานร่วมได้อย่างเหมาะสม

สำหรับอุปกรณ์และเทคโนโลยีหลักในการพัฒนาระบบควบคุมหุ่นยนต์ ประกอบด้วยระบบฮาร์ดแวร์และซอฟท์แวร์ ได้แก่ บอร์ดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ทั้งแบบคอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยว (single-board computer) บอร์ดควบคุมแบบไมโครคอนโทรลเลอร์ (microcontroller) ระบบเชื่อมต่อกับผู้ใช้และอุปกรณ์เซนเซอร์ และซอฟท์แวร์ระบบปฏิบัติการหุ่นยนต์ (Robot Operating System: ROS) ซึ่งเป็นซอฟท์แวร์ระบบควบคุมแบบกระจายศูนย์ (distributed control system) ที่ใช้ในการเชื่อมต่อการทำงานส่วนต่างๆ ของหุ่นยนต์ได้ดี และผู้พัฒนาสามารถเขียนโปรแกรมควบคุมได้หลากหลาย รวมทั้งออกแบบและประยุกต์ใช้อัลกอริทึมระบบปัญญาประดิษฐ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ตัวอย่างคอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยว บอร์ดควบคุมแบบไมโครคอนโทรลเลอร์ และซอฟท์แวร์ระบบปฏิบัติการหุ่นยนต์

 

บางส่วนของระบบควบคุมการทำงานบนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ของสถาบันฯ

 

 

เบื้องต้นทีมวิจัยได้พัฒนาหุ่นยนต์ต้นแบบสำเร็จแล้ว และวางแผนในการพัฒนาให้หุ่นยนต์สามารถทำงานได้สมบูรณ์แบบอัตโนมัติ ซึ่งจะมีการทดสอบการใช้งานจริงที่โรงพยาบาลเทพรัตน์นครราชสีมา จ.นครราชสีมา เพื่อช่วยบุคลากรทางการแพทย์ในการขนย้ายเครื่องมือและอุปกรณ์การแพทย์ เวชภัณฑ์ต่างๆ ที่จัดเก็บภายในห้องปลอดเชื้อ เนื่องจากภายในห้องปลอดเชื้อมีการจำกัดจำนวนเจ้าหน้าที่ในการปฏิบัติงานเพื่อลดการสัมผัสและป้องกันการติดเชื้อ และเจ้าหน้าที่ต้องยกกล่องอุปกรณ์ที่มีน้ำหนักมากด้วยท่าเดิมซ้ำๆ การใช้งานหุ่นยนต์ที่พัฒนาขึ้นนี้จึงช่วยทุ่นแรงให้แก่เจ้าหน้าที่ของโรงพยาบาลในการขนย้ายและยกกล่องอุปกรณ์ได้มาก

นอกจากนี้ความปลอดภัยในการใช้งานหุ่นยนต์ประเภท Medical Transportation Robots มีความจำเป็นและสำคัญอย่างยิ่ง สถาบันฯ จึงมีแผนพัฒนาใช้อุปกรณ์เซนเซอร์หลายชนิด มาใช้ตรวจจับสัญญาณเพื่อเพิ่มความแม่นยำในการควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์ สามารถตรวจจับสิ่งแวดล้อมได้ดีขึ้น และพัฒนาระบบนำทาง (navigation system) เพื่อประยุกต์ใช้กับหุ่นยนต์ด้วย ซึ่งเทคโนโลยีเหล่านี้เป็นพื้นฐานในการพัฒนาระบบอิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะ (smart electronics) และระบบปัญญาประดิษฐ์ (artificial intelligence) อันได้แก่ อัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่อง (machine learning) และการเรียนรู้แบบเสริมกำลัง (reinforcement learning) ที่เหมาะสมในการพัฒนาต่อยอดระบบควบคุมหุ่นยนต์ให้ทำงานได้อย่างอัตโนมัติ ซึ่งแผนการพัฒนาของสถาบันฯ นี้ยังสอดคล้องกับนโยบายของกระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัย และนวัตกรรม (อว.) ในการส่งเสริมการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี รวมถึงการพัฒนาศักยภาพของนักวิจัยและวิศวกรภายในสถาบันฯ ให้ก้าวทันต่อเทคโนโลยีที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างก้าวกระโดดเพื่อรองรับการพัฒนาเทคโนโลยีต่อไปในอนาคต

* ทำความรู้จักหุ่นยนต์ทางการแพทย์ ประเภทต่างๆ ได้ที่
https://www.blockdit.com/posts/5da813d0e0ecd27766cf172d

บทความโดย
ดร.เริงรุจ รุจนะไกรกานต์ วิศวกรวิจัย สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน

เรียบเรียงโดย ส่วนสื่อสารองค์กร