'วีลแชร์เดินได้' ตัวแรกของโลกที่สร้างโดยฝีมือคนไทย!

รศ.ดร.รณพีร์ ชัยเชาวรัตน์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาฯ เปิดห้องแล็บ โชว์หุ่นยนต์ต้นแบบ Wheelchair Exoskeleton สำหรับผู้สูงอายุและผู้มีปัญหาด้านการเคลื่อนไหว ให้สามารถขยับลุกจากการนั่งวีลแชร์ มายืนและเดินได้ในหุ่นยนต์ตัวเดียว โดย 'หุ่นยนต์สวมใส่บนร่างกายผสานการขับเคลื่อนด้วยล้อเพื่อสนับสนุนการเคลื่อนไหวของมนุษย์' (Transformable Wheelchair–Exoskeleton Hybrid Robot for Assisting Human Locomotion) เรียกสั้น ๆ ว่า Wheelchair Exoskeleton หรือที่บางคนชอบที่จะเรียกว่า 'ไอรอนแมนพันธุ์ไทย'

รศ.ดร.รณพีร์ กล่าวถึงแรงบันดาลใจในการประดิษฐ์นวัตกรรม ซึ่งถือได้ว่าเป็นหุ่นยนต์ Wheelchair Exoskeleton ตัวแรกของโลกที่สร้างโดยฝีมือคนไทยว่า  " ผมอยากประดิษฐ์วีลแชร์ที่เดินได้ วีลแชร์ปกติเคลื่อนที่ได้ตามทางปกติเท่านั้น แต่ขึ้นรถเมล์ไม่ได้ ขึ้นลงบันไดไม่ได้ ผมเลยมองว่าถ้าวีลแชร์สามารถพับขึ้นมาแล้วช่วยให้ผู้นั่ง ลุกขึ้นมาเดินได้ ก็จะทำให้ผู้ที่มีปัญหาทางการเคลื่อนไหวเดินได้สะดวกขึ้น"
 

 

ที่มาแนวคิด

ชื่อ Exoskeleton มาจาก 2 คำ คือ Exo แปลว่าข้างนอก และ Skeleton แปลว่าโครงกระดูก เมื่อรวม 2 คำนี้ด้วยกัน แปลได้ตรงตัวว่า 'โครงกระดูกภายนอก'  ไอเดียก็คล้ายกับไอรอนแมน ที่เมื่อสวมใส่แล้วจะช่วยให้ผู้สวมใส่มีพละกำลังมากกว่าเดิม ในทางเทคนิคคือการใช้เครื่องจักรกลประกอบหุ่นยนต์ให้ผู้สวมใส่สามารถออกแรงได้มากขึ้น

จาก concept design ดังกล่าว รศ.ดร.รณพีร์ออกแบบชิ้นส่วนทุกชิ้นของหุ่นยนต์อย่างละเอียด โดยใช้โปรแกรมสามมิติจากคอมพิวเตอร์ และหาซื้อวัสดุเอง ซึ่งอาจารย์รณพีร์เลือกใช้คาร์บอนไฟเบอร์ ที่มีน้ำหนักเบาและผลิตโดยเครื่องพิมพ์สามมิติ บางชิ้นส่วนตัดโดยเครื่องกลึง CNC (Computer Numerical Control)

 

 

เมื่อผลิตชิ้นส่วนต่าง ๆ ของหุ่นยนต์ครบแล้ว ก็นำมาประกอบเป็นตัวหุ่น ต่อไปก็เป็นเรื่องของการควบคุมการเคลื่อนไหว ซึ่งแบ่งเป็น 2 ส่วน ส่วนแรก คือ ล้อ ซึ่งได้กลุ่มนิสิตมาเขียนโปรแกรมล้อหน้าให้สามารถวิ่งตรงและเลี้ยวโค้งได้ ส่วนที่สองเป็นมอเตอร์ควบคุมข้อต่อสะโพกกับหัวเข่า ที่อาจารย์รณพีร์เขียนโปรแกมควบคุมเอง

“หุ่นยนต์มีลักษณะเป็นหุ่นยนต์ไฮบริดแบบใหม่ ผสมผสานรถเข็นและ Exoskeleton เข้าด้วยกัน ขาช่วงล่าง สามารถเปลี่ยนโหมดการใช้งานได้ระหว่างนั่งและเดิน โดยใช้มอเตอร์ช่วยในการเคลื่อนไหวของข้อต่อสะโพกและหัวเข่า ส่วนข้อต่อข้อเท้าเป็นข้อต่ออิสระ ไม่มีการขับเคลื่อน ล้อซ้ายและขวาสามารถเก็บเข้าไปในส่วนขาส่วนล่าง เพื่อเปลี่ยนเป็นท่าเดินหรือข้ามสิ่งกีดขวาง” รศ.ดร.รณพีร์อธิบายการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์

นอกจากนี้ การออกแบบหุ่นยนต์ประเภท Exoskeleton ต้องคำนึงถึงอวัยวะของผู้สวมใส่และหุ่นให้ไปด้วยกันได้ สวมแล้วไม่ยืดหรือไม่หด ไม่ระคายผิวหนัง ทุกครั้งที่เหวี่ยงขา Exoskeleton ก็ต้องเหวี่ยงไปด้วย เวลางอหัวเข่า หัวเข่าของหุ่นยนต์ก็ต้องงอไปพร้อมกัน  รศ.ดร.รณพีร์ จึงผสานความรู้ทั้งด้านวิศวกรรมศาสตร์การประดิษฐ์หุ่นยนต์และสรีรศาสตร์ของมนุษย์เข้าด้วยกัน นอกจากนี้ยังใช้ความรู้เรื่อง Biomechanic หรือชีวกลศาสตร์ ซึ่งสามารถคำนวณแรงบิดที่เกิดขึ้นจากรอบข้อเท้า หัวเข่า และสะโพกได้ เพื่อนำข้อมูลไปสร้างหุ่นยนต์ที่เหมาะสมกับสรีระของคนด้วย

 

 

ทิศทางความต้องการหุ่นยนต์ มากขึ้นสอดคล้องกับสังคมสูงวัย

สำหรับหุ่นยนต์ตัวนี้ได้รับการสนับสนุนทุนวิจัยจากสำนักการวิจัยแห่งชาติในปี พ.ศ. 2564 – 2565 และล่าสุด ได้ผ่านเข้ารอบสุดท้ายในโครงการรางวัลนักเทคโนโลยีรุ่นใหม่ ประจำปี 2567 จัดโดยมูลนิธิส่งเสริมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในพระบรมราชูปถัมภ์

รศ.ดร.รณพีร์เผยว่าต้นแบบหุ่นยนต์ Wheelchair Exoskeleton มีต้นทุนการผลิตในห้องแล็บอยู่ที่ราว 130,000 บาท ซึ่งมาจากการขอทุนสนับสนุนการวิจัย โดยมองว่าในอนาคตหากจะมีการพัฒนาหุ่นยนต์เสริมเป็นบางจุด หรือเชิงพาณิชย์ คงต้องการคนมากขึ้นเพื่อมาช่วยกันสร้างหุ่นยนต์ ซึ่ง ณ ขณะนี้หุ่นยนต์เป็นแนวคิดใหม่ บริษัททั่วไปอาจจะลังเลถึงความเสี่ยงทางธุรกิจ แต่เมื่อจำนวนผู้สูงอายุมากขึ้นเรื่อยๆ จะเป็นปัจจัยเร่งสำคัญในการผลิตหุ่นยนต์แบบใหม่ๆ มากขึ้นในอนาคต

“หุ่นยนต์สวมใส่ช่วยการเคลื่อนไหวในทางวิศวกรรมมีความก้าวหน้าขึ้นเรื่อย ๆ มีวัสดุใหม่ ๆ ที่เป็นทางเลือกมากขึ้นด้วย เมื่อถึงเวลาผลิตจริงในตลาด ผมมองว่าวัสดุควรมี 2 ทางเลือก คือการใช้เหล็กที่ราคาถูกลงแต่หนักกว่า และทางเลือกที่สองคือการยังคงใช้วัสดุเดิมคือคาร์บอนไฟเบอร์ อีกทั้งในแง่ความสวยงาม คงต้องการความรู้ฝั่งสถาปัตยกรรมศาสตร์มาช่วยออกแบบหุ่นยนต์ และเมื่อจะนำหุ่นยนต์ไปใช้งานจริง ฝ่ายสหเวชศาสตร์คงต้องเข้ามาช่วยแนะนำผู้สูงอายุและผู้ป่วยต่อไป”

 

ขั้นตอนต่อไปของ ไอรอนแมนพันธุ์ไทย

รศ.ดร.รณพีร์ อยู่ในช่วงของการพัฒนาหุ่นยนต์ Wheelchair Exoskeleton ต้นแบบตัวที่สอง โดยแก้ไขเรื่องการนั่ง การลุกให้มั่นคงและเดินได้สะดวกกว่าเดิม และกำลังอยู่ระหว่างการยื่นขอจดทรัพย์สินทางปัญญา ขั้นตอนต่อจากนี้จะเป็นการทดสอบการใช้งานจริงกับผู้ป่วยและผู้สูงอายุ

“ที่คณะแพทย์ มีผู้ป่วยที่ต้องการเข้าร่วมการทดสอบอยู่แล้ว แต่ตอนนี้เรายังไม่ได้นำไปทดสอบเพราะหุ่นยนต์ยังต้องมีการแก้ไขข้อบกพร่อง เมื่อแก้ไขเสร็จแล้ว ก็ต้องผ่านการพิจารณาด้านจริยธรรมงานวิจัยก่อน จึงจะไปทดสอบกับผู้ป่วยจริงได้ จุฬาฯ ยังยืนอยู่บนมาตรฐานจริยธรรมงานวิจัย ถ้าหุ่นยนต์มีโอกาสไม่ปลอดภัย ก็จะไม่ให้ทดสอบกับคน ถ้าพิจารณาแล้วเห็นว่าหุ่นยนต์ใช้ได้ ก็จะเร่งกระบวนการโดยรวม หลังจากนั้นเป็นหน้าที่ทางฝั่งสหเวชศาสตร์ ที่จะมาดูแลช่วยเหลือผู้ป่วยผู้สูงอายุในการใช้หุ่นยนต์สวมใส่บนร่างกายต่อไป” รศ.ดร.รณพีร์กล่าว