เทคโนโลยีหุ่นยนต์ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ค่า พลังงานได้ปรับตัวสูงขึ้นมากเป็นประวัติการณ์ มีการทำนายกันว่าเราอาจได้เห็น 120 ดอลลาร์/บาร์เรล ในระยะอันใกล้นี้ จึงเกิดแรงกระต้นให้ประเทศไทยกลับมาหวนคิดพลังงานทางเลือกเช่น พลังงานไฟฟ้าจากเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ อีกครั้งหนึ่ง แน่นอนครับ คำว่า “นิวเคลียร์” นั้นมีความสำคัญต่อความรู้สึกหวั่นวิตกของคนไทย เพราะเป็นคำเดียวกันกับระเบิดที่รุนแรงที่สุดเท่าที่เคยมีมา เหตุการณ์สารละลายรั่วซึมของเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่โรงผลิตไฟฟ้า Three Mile Island มลรัฐเพนวิลวาเนีย สหรัฐอเมริกา ในปี ค.ศ. 1979 นั้น รุนแรงและสร้างความหวาดผวาแก่คนอเมริกันมาก รัฐบาลสหรัฐฯได้ว่าจ้างให้มหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอนสร้างหุ่นยนต์กู้ภัย ที่ชื่อ Remote Reconaissance Vehicle (RRC) เพื่อทำหน้าที่เก็บทำความสะอาดบริเวณพื้นโรงไฟฟ้าที่ท่วมเอ่อล้นด้วยของเหลว ที่ปนเปื้อนสารกัมมันตภาพรังสี หุ่นยนต์ RRC ทำงานถึงสี่ปีเต็มๆจึงเสร็จภาระกิจ จนเกิดความปลอดภัยเพียงพอที่เจ้าหน้าที่สามารถเข้าไปปิดระบบต่างๆได้ (Decommissioning).
อย่าง ไรก็ตามหากประเทศไทยต้องหันมาพึ่งพลังงานนิวเคลียร์เพื่อการผลิตไฟฟ้ากัน จริงๆแล้ว เราไม่อยากใช้หุ่นยนต์กู้ภัยเช่นตัวอย่างข้างต้น เราก็ต้องศึกษาเทคโนโลยีประเภทนี้ให้ถ่องแท้โดยเฉพาะการใช้งานให้ปลอดภัย นั้นจำเป็นต้องอาศัยการเทคนิคควบคุมอัตโนมัติผ่านกลไกระบบหุ่นยนต์
ก่อน หน้านี้ผมได้แนะนำประเภทของหุ่นยนต์ที่จัดแบ่งตามระดับของความชาญฉลาด กล่าวคือ ที่มีความฉลาดสูงสุดไม่ต้องพึ่งการตัดสินใจของมนุษย์ (Fully Autonomous) เพราะรอไม่ได้อาจช้าเกินไปจนหุ่นยนต์ตกอยู่ในสถานการณ์อันตราย เช่น หุ่นยนต์สำรวจดาวอังคาร เป็นต้น ส่วนประเภทที่ผสมผสานจุดเด่นของมนุษย์ด้านการใช้เหตุผลและจุดแข็งของหุ่น ยนต์ด้านความเร็ว/ละเอียด (Supervisory) จะเป็นหุ่นยนต์ตามโรงงานอุตสาหกรรมทั่วไปที่ช่วยเพิ่มผลิตภาพทางอุตสาหกรรม (Industrial Productivity)ให้สูงขึ้น ในขณะที่ระบบหุ่นยนต์ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ถูกออกแบบให้พึ่งการตัดสินของ มนุษย์อย่างเต็มที่ (Teleoperator)เพราะผลลัพท์การปฏิบัติการของหุ่นยนต์ประเภทนี้เกี่ยวข้องกับ ชีวิตมนุษย์โดยตรง
ระบบหุ่นยนต์ดังกล่าวในปัจจุบันมีการบูรณาการ ข้อมูลภาพและแรงเสียดทานที่เกิดขึ้น( Haptics Interface) ทำให้การปฏิบัติการมีความแม่นยำมากขึ้น และทำให้ผู้บังคับมั่นใจมากขึ้นด้วยในขณะที่ต้องการควบคุมหุ่นยนต์ระยะไกล ที่สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (ฟีโบ้) มหาวิทยาลัยพระจอมเกล้า ธนบุร๊ ได้ทำการศึกษาและพัฒนาเทคโนโลยีนี้มาพอสมควรแล้วโดย คุณสิงหา ลีระพันธ์ หุ่นยนต์ทางไกลเป็นศาสตร์ที่ว่าด้วยการเชื่อมโยงความสามารถในการควบคุมของ มนุษย์เข้ากับความสามารถของเครื่องจักรแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบเข้าไว้ด้วย กัน ศาสตร์ซึ่งนำความรู้ด้านหุ่นยนต์ ทฤษฎีการควบคุม ศาสตร์แห่งความเข้าใจในสิ่งต่างๆ ทฤษฎีการออกแบบเครื่องจักรกล รวมถึงคอมพิวเตอร์ เข้าไว้ด้วยกัน งานบางอย่างผู้เชี่ยวชาญ หรือผู้ปฏิบัติงานไม่สมารถเข้าไปทำงานในสถานที่นั้นๆได้โดยตรง ผู้ปฏิบัติงานจะปฏิบัติงานโดยอ้อม ผ่านทางแขนกล หรือชุดอุปกรณ์ซึ่งติดตั้งอยู่ในสถานที่เดียวกัน ให้ทำการควบคุมแขนกลหรือชุดอุปกรณ์ซึ่งติดตั้งอยู่ในอีกสถานที่ที่ต้องการ เช่น การผ่าตัดระยะไกล การสำรวจ หรือปฏิบัติงานในพื้นที่อันตราย เป็นต้น
เป้า หมายหลักของการพัฒนาระบบหุ่นยนต์ทางไกลให้มีประสิทธิภาพ คือ การทำให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถทำงานทางอ้อมนี้ได้ เหมือนกับการที่ผู้ปฏิบัติงานโดยตรง ดังนั้น การที่ผู้ปฏิบัติงานสามารถรับรู้ข้อมูลต่างๆจากสถานที่ไกลๆนั้น จะช่วยให้การปฏิบัติงานมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ข้อมูลดังกล่าวอาจประกอบไปด้วยภาพ หรือเสียง แต่ที่นิยมใช้เพื่อทำให้เกิดการรับรู้ถึงแรงเสมือนได้นั้น ยังคงเป็นข้อมูลข้อมูลหนึ่ง ที่ช่วยให้เกิดการทำงานให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น แรงเสมือนนั้น เกิดจากการใช้แรงที่เกิดจากสิ่งแวดล้อมกระทำกับปลายแขนกลที่สถานที่ควบคุม ป้อนกลับมายังแขนกลที่ผู้ปฏิบัติงานควบคุมอยู่ในขณะนั้น การควบคุมแบบ สองทาง ยังอาจหมายรวมถึง การควบคุมที่มีการส่งค่าคำสั่งในการควบคุมระหว่างสถานที่ควบคุมและสถานที่ ปฏิบัติงานของผู้ปฏิบัติงาน โดยการส่งค่าแรงที่สิ่งแวดล้อมกระทำกับปลายแขนกลที่สถานที่ควบคุมกลับมาใช้ ในการควบคุมแรงที่แขนกลของผู้ปฏิบัติงาน และการส่งค่าตำแหน่งหรือความเร็วจากแขนกล ณ สถานที่ทำงาน ไปยังสถานที่ควบคุมอย่างไรก็ตาม การส่งค่าคำสั่งสู่กันนั้น อาจกระทำได้ช้า เนื่องจาก การประมวลผลภายใน การสุ่มเก็บค่าทางดิจิตอล หรือ แม้แต่ตัวกลาง หรือความเร็วในการส่งผ่านข้อมูล เช่น แสง เสียง หรือระบบเครือข่าย เป็นต้น ความล่าช้าในการส่งผ่านข้อมูลดังกล่าวอาจทำลายเสถียรภาพของระบบควบคุมได้ จากเหตุผลดังกล่าว จำเป็นที่จะต้องพัฒนารูปแบบวิธีการควบคุมที่มีเสถียรภาพ อีกทั้งยังคงความสามารถในการปฏิบัติงานที่เสมือนจริงมากที่สุด รูปแบบการควบคุมและส่งถ่ายข้อมูลอย่างง่ายแสดงดังรูป การทดลองโดยใช้แขนกลและชุดควบคุมอุตสาหกรรม บริจาคโดย บริษัทซีเกท (ประเทศไทย) จำกัด นอกจากนี้ทาง ฟีโบ้ยังได้มีการพัฒนาระบบความจริงเสมือนแบบมีแรงป้อนกลับ (Haptic Interface in Virtual Reality) มีส่วนประกอบใหญ่สองส่วนคือ ส่วนแฮปติกส์ (Haptic Interface) และ ส่วนแสดงภาพ (Visual Interface)
ส่วน แฮปติกส์ (Haptic Interface) เป็นส่วนที่ใช้สร้างแรงป้อนกลับให้กับผู้ใช้ (user) โดยอุปกรณ์ที่ใช้สร้างแรงป้อนกลับหรืออาจเรียกว่าอุปกรณ์แฮปติกส์คือ หุ่นยนต์ยี่ห้อ CRS รุ่น A255 โดยหลักการทำงานคือ อุปกรณ์วัดแรงและแรงบิดแบบหกองศาอิสระ (6-DOF Force/Torque sensor) จะวัดค่าแรงและแรงบิดที่ผู้ใช้กระทำที่ปลายอุปกรณ์แฮปติกส์ และส่งค่าแรงไปประมวลผลเป็นการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ ในรูปของระยะทางและความเร็วที่สอดคล้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุเสมือน (Virtual Object) ที่ถูกกระทำด้วยแรงเท่ากับที่ผู้ใช้กระทำ จากนั้นทำการส่งค่าการเคลื่อนที่ไปให้กับตัวควบคุม (Controller) ของหุ่นยนต์
ส่วน แสดงภาพ (Visual Interface) เป็นส่วนที่ใช้สร้างภาพโลกเสมือน (Virtual World) ให้กับผู้ใช้ โดยใช้กล้องวีดีโอ (CCD Camera) ในการจับภาพซึ่งประกอบด้วยภาพอุปกรณ์แฮปติกส์ซึ่งก็คือปลายแขนหุ่นยนต์ ภาพมือผู้ใช้ และ ภาพสภาวะแวดล้อมจริง แล้วนำสัญญาณภาพที่ได้มาทำการแยกภาพมือผู้ใช้ และ ภาพอุปกรณ์แฮปติกส์ โดยภาพอุปกรณ์แฮปติกส์จะถูกนำไปประมวลผลต่อเพื่อหาตำแหน่งของระนาบอ้างอิง ของอุปกรณ์แฮปติกส์เทียบกับตำแหน่งของกล้องซึ่งทราบค่าตำแหน่งที่แน่นอน เทียบกับอุปกรณ์แสดงภาพแบบสวมศีรษะ (Head mounted display) จากนั้นจึงทำการสร้างภาพวัตถุเสมือน ภาพสภาวะแวดล้อมเสมือน ซึ่งเป็นภาพกราฟฟิกของสภาวะแวดล้อมซึ่งสร้างโดยคอมพิวเตอร์ และนำทั้งสองภาพข้างต้นไปรวมกันและซ้อนทับด้วยภาพมือของผู้ใช้ซึ่งทำการแยก ไว้ในตอนแรก ก็จะได้ภาพของมือผู้ใช้ซึ่งกำลังสัมผัสกับวัตถุเสมือนและอยู่ในสภาวะแวดล้อม เสมือน โดยแสดงผลภาพผ่านทางอุปกรณ์แสดงภาพแบบสวมศีรษะ ทำให้ผู้ใช้รู้สึกว่าอยู่ในโลกเสมือน
