ทีมนักวิจัยแกะรอยสมองผึ้ง พัฒนาระบบนำทางอัจฉริยะขนาดจิ๋วสำหรับโดรน น้ำหนักเบา ช่วยประหยัดพลังงานและทำงานได้แม้ไร้สัญญาณ GPS
"โดรน" เป็นเครื่องมือสำคัญในหลายอุตสาหกรรม แต่มีข้อจำกัดในการแบกรับน้ำหนักระบบเซนเซอร์และคอมพิวเตอร์ประมวลผล รวมถึงความเสี่ยงเมื่อต้องบินในจุดอับสัญญาณดาวเทียม นักวิทยาศาสตร์ได้หาทางออกด้วยการถอดรหัสพฤติกรรมการบินของผึ้งป่ามาสร้างเป็นระบบนำทางโดรนรูปแบบใหม่
นวัตกรรมนี้ช่วยให้โดรนขนาดเล็กพิเศษสามารถบินสำรวจและกลับคืนสู่ฐานได้อย่างแม่นยำ โดยใช้ทรัพยากรคอมพิวเตอร์และพลังงานเพียงเศษเสี้ยว ซึ่งช่วยปลดล็อกการใช้งานหุ่นยนต์บินในพื้นที่ปิดได้อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน
โดรนจิ๋วระบบนำทางเลียนแบบผึ้งบินสำรวจพืชผลในโรงเรือนกระจกเพื่อเพิ่มผลผลิตทางการเกษตร
จำลองระบบนำทางจากสมองผึ้ง
โดยปกติแล้ว หากเราต้องการให้โดรนสามารถบินหลบสิ่งกีดขวางและหาทางกลับฐานได้เอง วิศวกรจะต้องติดตั้งระบบ GPS ร่วมกับกล้องเลเซอร์สแกนและหน่วยประมวลที่กินพลังงานสูง ซึ่งเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้เลยสำหรับโดรนขนาดเล็กที่มีน้ำหนักพอ ๆ กับลูกกอล์ฟ เพราะแบตเตอรี่จะหมดลงภายในไม่กี่นาที
ทีมนักพัฒนาจึงหันไปศึกษา "ผึ้ง" สิ่งมีชีวิตที่มีสมองขนาดเท่าเม็ดงาและมีเซลล์ประสาทเพียงไม่กี่ล้านเซลล์ แต่สามารถบินออกไปหาอาหารไกลหลายกิโลเมตรและเดินทางกลับรังได้อย่างไม่มีหลงทาง โดยธรรมชาติของผึ้งไม่ได้ประมวลผลโลกเป็นแผนที่สามมิติความละเอียดสูงเหมือนคอมพิวเตอร์ แต่ใช้วิธีจำภาพทิวทัศน์แบบง่าย ๆ ร่วมกับการนับก้าวด้วยสายตา
ทีมนักวิจัยมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดลฟต์ (TU Delft) ขณะพัฒนาระบบนำทางโดรนขนาดเล็กเลียนแบบสมองผึ้ง
อัลกอริทึมเลียนแบบโครงข่ายประสาท
นักวิทยาศาสตร์จาก มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดลฟต์ (Delft University of Technology หรือ TU Delft) ประเทศเนเธอร์แลนด์ ได้สร้างอัลกอริทึมที่เลียนแบบโครงข่ายประสาทของแมลง (Biomimicry) มาติดตั้งลงในโดรนขนาดเล็กพิเศษที่มีน้ำหนักเพียง 56 กรัม
กลไกการทำงานของระบบนี้แบ่งออกเป็นสองส่วนหลัก ส่วนแรกเรียกว่า "การบันทึกภาพจำลอง" (Snapshot) โดรนจะใช้กล้องน้ำหนักเบาเก็บภาพมุมกว้างรอบตัวเป็นระยะเฉพาะจุดที่สำคัญ เช่น จุดเริ่มต้น หรือทางแยกหลัก ส่วนที่สองคือ "ระบบคำนวณระยะทางจากสายตา" (Odometry) ซึ่งทำหน้าที่ตรวจจับการเคลื่อนที่ของแสงและวัตถุที่ผ่านหน้ากล้อง เพื่อคำนวณว่าตัวเครื่องบินห่างจากจุดบันทึกภาพล่าสุดเป็นระยะทางเท่าใด เมื่อระบบพบว่าโดรนเริ่มบินหลงทิศ มันจะเคลื่อนตัวกลับไปตามพิกัดของภาพถ่ายล่าสุดขนานไปกับระยะทางที่คำนวณไว้ ทำให้สามารถหาทางกลับสู่ฐานได้อย่างแม่นยำ
ดึงจุดเด่น "42 กิโลไบต์" ความจำจิ๋วแต่ทรงพลัง
ความสำเร็จที่น่าทึ่งของเทคโนโลยีนี้ คือการใช้พื้นที่จัดเก็บข้อมูลน้อยอย่างเหลือเชื่อ โดยอัลกอริทึมนำทางทั้งหมดใช้หน่วยความจำคอมพิวเตอร์เพียง 42 กิโลไบต์ (KB) เท่านั้น หากเปรียบเทียบให้เห็นภาพ ข้อมูลชุดนี้มีขนาดเล็กกว่าไฟล์รูปภาพหนึ่งรูปบนโทรศัพท์มือถือ หรือใกล้เคียงกับขนาดไฟล์ของภาพสติกเกอร์กราฟิกทั่วไป
การลดขนาดซอฟต์แวร์ให้เล็กที่สุดส่งผลให้โดรนไม่ต้องแบกคอมพิวเตอร์ราคาแพงและกินไฟสูง พลังงานจากแบตเตอรี่เกือบทั้งหมดจึงถูกนำไปใช้ขับเคลื่อนมอเตอร์ใบพัดโดยตรง ทำให้โดรนขนาดจิ๋วเหล่านี้สามารถปฏิบัติภารกิจได้ยาวนานขึ้น และที่สำคัญคือระบบนี้ทำงานแบบพึ่งพาตนเอง (Autonomous) 100% โดยไม่ต้องเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต ไวไฟ หรือสัญญาณดาวเทียมจากภายนอก
การทดสอบหุ่นยนต์บินในห้องแล็บ Cyberzoo บินกลับฐานเองแม่นยำด้วยระบบนับก้าว Odometry ไม่ง้อ GPS
การนำไปปรับเพื่อใช้งานจริง
การปลดล็อกข้อจำกัดเรื่อง GPS และพลังงาน ช่วยให้เราสามารถนำโดรนขนาดเล็กไปใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวันและภาคอุตสาหกรรมได้อย่างหลากหลาย เนื่องจากตัวเครื่องมีน้ำหนักเบาจนไม่ก่อให้เกิดอันตรายหากเกิดการปะทะกับมนุษย์หรือสิ่งของ นอกจากนี้ ยังสามารถนำไปใช้งานในภาคการผลิตอื่น ๆ เช่น
- ภาคเกษตรกรรมอัจฉริยะ : เกษตรกรสามารถใช้โดรนจิ๋วบินซอกแซกในโรงเรือนกระจก (Greenhouse) เพื่อตรวจจับแมลงศัตรูพืช นับจำนวนผลผลิต หรือตรวจสอบความชื้นของใบไม้ ได้อย่างใกล้ชิดโดยไม่กระทบกระเทือนต่อพืชผล
- การจัดการคลังสินค้า : ช่วยลดภาระงานในคลังสินค้าขนาดใหญ่ โดยปล่อยให้ฝูงโดรนบินสำรวจเพื่อตรวจสอบรหัสสินค้าบนชั้นวางสูงในจุดอับสัญญาณได้อย่างอัตโนมัติ
- ภารกิจกู้ภัยกู้วิกฤต : ในกรณีเกิดภัยพิบัติ เช่น อาคารถล่ม หรือแผ่นดินไหว ทีมกู้ภัยสามารถส่งโดรนจิ๋วเหล่านี้เข้าไปในซากปรักหักพังหรือโครงสร้างตึกที่ปิดทึบเพื่อค้นหาผู้รอดชีวิตได้อย่างรวดเร็ว
การพัฒนาเทคโนโลยีนำทางเลียนแบบสมองผึ้งในครั้งนี้ เป็นการพิสูจน์ให้เห็นว่าแนวทางการพัฒนาหุ่นยนต์ในอนาคตอาจไม่ใช่แค่การเอาความสามารถของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ใส่ลงไปในเครื่องจักร แต่คือการทำความเข้าใจและใช้ทรัพยากรให้คุ้มค่าที่สุดตามแบบฉบับของธรรมชาติ นวัตกรรมนำทางขนาด 42 กิโลไบต์นี้ กำลังจะเปิดประตูสู่ยุคใหม่ที่หุ่นยนต์บินขนาดจิ๋วสามารถทำงานร่วมกับมนุษย์ได้อย่างไร้ข้อจำกัด โดยเฉพาะเรื่องสัญญาณการเชื่อมต่อ และความพร้อมในการประยุกต์ในภาคอุตสาหกรรมต่าง ๆ
เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร
ที่มาข้อมูล: tudelft, newatlas, nature, bits-chips
ที่มาภาพ: tudelft
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
