จุฬาฯ เปิดตัว “วีลแชร์เดินได้” Wheelchair Exoskeleton หุ่นยนต์สวมใส่บนร่างกายมนุษย์จุฬาฯ เปิดตัว “วีลแชร์เดินได้” นั่ง ลุกยืน และเดินได้ในตัวเดียว

รศ.ดร.รณพีร์ ชัยเชาวรัตน์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬา เปิดห้องแล็บ โชว์หุ่นยนต์ต้นแบบ Wheelchair Exoskeleton สำหรับผู้สูงอายุและผู้มีปัญหาด้านการเคลื่อนไหว ให้สามารถขยับลุกจากการนั่งวีลแชร์ มายืนและเดินได้ในหุ่นยนต์ตัวเดียว

ณ ชั้น 9 อาคารจุฬาพัฒน์ 14 คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาฯ เป็นแหล่งประกอบฝันของคนรักหุ่นยนต์ ที่นี่ นิสิตทุกชั้นปี ทั้งในจุฬาฯ และต่างมหาวิทยาลัย รวมถึงนักวิจัยต่างชาติ มารวมตัวกัน แลกเปลี่ยนเรียนรู้ และทดลองความคิดในการออกแบบหุ่นยนต์เพื่อการแพทย์และอุตสาหกรรม

รองศาสตราจารย์ ดร.รณพีร์ ชัยเชาวรัตน์ อาจารย์จากสำนักบริหารหลักสูตรวิศวกรรมนานาชาติ คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย กล่าวถึงแนวคิดในการสร้าง “ห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์” ว่า  “นี่เป็น Alternative Solution ของการศึกษา ผมสร้างห้องแล็บและสิ่งแวดล้อมที่มีเครื่องมือให้นิสิตได้ประกอบหุ่นยนต์ในเวลาว่างจากการเรียน เราเน้น “Proof of Concept” คือนิสิตต้องนำเสนอแนวคิดที่อยากทำในที่ประชุม แล้วค่อยทดลองทำ ก่อนที่จะนำนวัตกรรมไปทดสอบกับผู้ใช้งานจริง”

ภายในห้องแล็บแวดล้อมด้วยหุ่นยนต์แบบต่าง ๆ ซึ่งหนึ่งในนวัตกรรมไฮไลท์คือ “หุ่นยนต์สวมใส่บนร่างกายผสานการขับเคลื่อนด้วยล้อเพื่อสนับสนุนการเคลื่อนไหวของมนุษย์” (Transformable Wheelchair–Exoskeleton Hybrid Robot for Assisting Human Locomotion) เรียกสั้น ๆ ว่า Wheelchair Exoskeleton หรือที่บางคนชอบที่จะเรียกว่า “ไอรอนแมนพันธุ์ไทย”

“ผมอยากประดิษฐ์วีลแชร์ที่เดินได้ วีลแชร์ปกติเคลื่อนที่ได้ตามทางปกติเท่านั้น แต่ขึ้นรถเมล์ไม่ได้ ขึ้นลงบันไดไม่ได้ ผมเลยมองว่าถ้าวีลแชร์สามารถพับขึ้นมาแล้วช่วยให้ผู้นั่ง ลุกขึ้นมาเดินได้ ก็จะทำให้ผู้ที่มีปัญหาทางการเคลื่อนไหวเดินได้สะดวกขึ้น” รศ.ดร.รณพีร์กล่าวถึงแรงบันดาลใจในการประดิษฐ์นวัตกรรม ซึ่งถือได้ว่าเป็นหุ่นยนต์ Wheelchair Exoskeleton ตัวแรกของโลกที่สร้างโดยฝีมือคนไทย

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

หุ่นยนต์ Wheelchair Exoskeleton คืออะไร?

รศ.ดร.รณพีร์กล่าวว่า Wheelchair Exoskeleton เป็นหุ่นยนต์สวมใส่บนร่างกายเพื่อช่วยการเคลื่อนไหวของมนุษย์ มีลักษณะเป็นได้ทั้งวีลแชร์และแปลงเป็นหุ่นยนต์

“ชื่อ Exoskeleton มาจาก 2 คำ คือ Exo แปลว่าข้างนอก และ Skeleton แปลว่าโครงกระดูก เมื่อรวม 2 คำนี้ด้วยกัน แปลได้ตรงตัวว่า “โครงกระดูกภายนอก” จะว่าไปแล้วไอเดียก็คล้ายกับไอรอนแมน 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

ผสานกลไกเข้ากับกายวิภาคมนุษย์

กว่าจะเป็นหุ่นยนต์ต้นแบบ Wheelchair Exoskeleton รศ.ดร.รณพีร์ผสานความรู้ทั้งด้านวิศวกรรมศาสตร์การประดิษฐ์หุ่นยนต์และสรีรศาสตร์ของมนุษย์เข้าด้วยกัน

“การออกแบบหุ่นยนต์ประเภท Exoskeleton ต้องคำนึงถึงอวัยวะของผู้สวมใส่และหุ่นให้ไปด้วยกันได้ สวมแล้วไม่ยืดหรือไม่หด ไม่ระคายผิวหนัง ทุกครั้งที่เหวี่ยงขาจริง Exoskeleton ก็ต้องเหวี่ยงไปด้วย เวลางอหัวเข่า หัวเข่าของหุ่นยนต์ก็ต้องงอไปพร้อมกัน” รศ.ดร.รณพีร์อธิบายข้อท้าทาย

“เราใช้หลักการ Kinematics Compatibility หรือความเข้ากันได้เชิงจลศาสตร์ในการออกแบบหุ่นสวมใส่บนร่างกาย กระดูกคนเป็นกระดูกถ้วยกับกระดูกก้อนที่มาสไลด์กัน แต่กลไกมอเตอร์ หมุนรอบแกนหมุนแกนเดียว เมื่อเอามอเตอร์มาติด จะไม่สอดคล้องกับสรีระคนโดยตรง เราจึงออกแบบข้อต่อหัวเข่าให้เป็น Linkage เพื่อให้เส้นทางการเคลื่อนที่ของจุดศูนย์กลางการหมุน สามารถเลียนแบบกระดูกจริง ข้อต่อที่มีการงอขาเยอะ ๆ ก็ใช้ Four-bar Linkage เพื่อให้จุดหมุนเปลี่ยนไปตามข้อต่อได้”

 นอกจากนี้ รศ.ดร.รณพีร์ ใช้ความรู้เรื่อง Biomechanic หรือชีวกลศาสตร์ ซึ่งสามารถคำนวณแรงบิดที่เกิดขึ้นจากรอบข้อเท้า หัวเข่า และสะโพกได้ เพื่อนำข้อมูลไปสร้างหุ่นยนต์ที่เหมาะสมกับสรีระของคน

ระดมทุนและความร่วมมือหลายศาสตร์เพื่อหุ่นยนต์ในอนาคต

รศ.ดร.รณพีร์เผยว่าต้นแบบหุ่นยนต์ Wheelchair Exoskeleton มีต้นทุนการผลิตในห้องแล็บอยู่ที่ราว 130,000 บาท ซึ่งมาจากการขอทุนสนับสนุนการวิจัย

“ผมรู้สึกว่าหุ่นยนต์มีความเสี่ยงทางธุรกิจเพราะเป็นแนวคิดใหม่ บริษัททั่วไปอาจจะยังลังเลว่าจะลงทุนดีหรือไม่ หุ่นยนต์ต้นแบบแรก เราจึงทำเองทั้งหมด ในอนาคต หากจะมีการพัฒนาหุ่นยนต์เสริมเป็นบางจุด หรือเชิงพาณิชย์ เราคงต้องการคนมากขึ้นเพื่อมาช่วยกันสร้างหุ่นยนต์ ซึ่งหมายความว่าเราต้องมีเงินจ้างคนที่มาช่วยเราทำด้วย”

สังคมสูงวัยและจำนวนผู้สูงอายุที่มากขึ้นเรื่อย ๆ จะเป็นปัจจัยเร่งสำคัญในการผลิตหุ่นยนต์สวมใส่บนร่างกาย ซึ่งจะมีแบบใหม่ ๆ มากขึ้น รศ.ดร.รณพีร์ให้ความเห็น

“หุ่นยนต์สวมใส่ช่วยการเคลื่อนไหวในทางวิศวกรรมมีความก้าวหน้าขึ้นเรื่อย ๆ มีวัสดุใหม่ ๆ ที่เป็นทางเลือกมากขึ้นด้วย เมื่อถึงเวลาผลิตจริงในตลาด ผมมองว่าวัสดุควรมี 2 ทางเลือก คือการใช้เหล็กที่ราคาถูกลงแต่หนักกว่า และทางเลือกที่สองคือการยังคงใช้วัสดุเดิมคือคาร์บอนไฟเบอร์”

นอกจากความเชี่ยวชาญทางวิศวกรรมศาสตร์แล้ว รศ.ดร.รณพีร์เห็นว่าการพัฒนาหุ่นยนต์เพื่อการใช้จริงต้องมีการผนึกกำลังจากศาสตร์อื่น ๆ ด้วย 

“ในแง่ความสวยงาม คงต้องการความรู้ฝั่งสถาปัตยกรรมศาสตร์มาช่วยออกแบบหุ่นยนต์ และเมื่อจะนำหุ่นยนต์ไปใช้งานจริง ฝ่ายสหเวชศาสตร์คงต้องเข้ามาช่วยแนะนำผู้สูงอายุและผู้ป่วยต่อไป”

เทรนด์หุ่นยนต์ในอนาคต

ขณะนี้ รศ.ดร.รณพีร์ กำลังพัฒนาหุ่นยนต์ Wheelchair Exoskeleton ต้นแบบตัวที่สอง โดยแก้ไขเรื่องการนั่ง การลุกให้มั่นคงและเดินได้สะดวกกว่าเดิม และกำลังอยู่ระหว่างการยื่นขอจดทรัพย์สินทางปัญญา ขั้นตอนต่อจากนี้จะเป็นการทดสอบการใช้งานจริงกับผู้ป่วยและผู้สูงอายุ

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

เมื่อใดที่กระบวนการทุกอย่างดำเนินการเสร็จสิ้น ไอรอนแมนพันธุ์ไทยตัวนี้ก็พร้อมรับใช้ผู้มีปัญหาการเคลื่อนไหวได้สวมใส่ ฮีโร่ตัวใหม่ที่ผลิตโดยคนไทยไม่แพ้ชาติใดในโลก 

สนใจเกี่ยวกับหุ่นยนต์สนับสนุนการเคลื่อนไหวของมนุษย์ และแล็บหุ่นยนต์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาฯ สอบถามได้ที่ ronnapee.c@chula.ac.th หรือ 08-66364617

• Facebook
• Twitter
• Line