รู้จักเทคโนโลยี BIOSENSOR ที่เป็นมากกว่าเครื่องวัดสุขภาพ
19 Apr 2023
314
หลังจากสำนักงานส่งเสริมเศรษฐกิจสร้างสรรค์ (องค์การมหาชน) หรือ CEA ได้ร่วมมือกับ FabCafe Bangkok จัดกิจกรรมการเรียนรู้เชิงทดลองภายใต้ชื่อ BOOST/PLAY/MEASURE: Creative Tech for Fitness Experience เพื่อเปิดพื้นที่การออกแบบเทคโนโลยี ไปพร้อม ๆ กับการบูสต์พลังความฟิต และทำให้การกีฬาเป็นมากกว่ายาวิเศษ ก็ทำให้เกิดกระแสการตื่นตัวเรื่องการนำเอานวัตกรรมและเทคโนโลยีใหม่ ๆ เข้ามาช่วยเพิ่มความสมบูรณ์ให้ร่างกาย ซึ่งหนึ่งในเทคโนโลยีที่จะไม่พูดถึงไม่ได้เลยนั่นก็คือ “เทคโนโลยีไบโอเซ็นเซอร์” (Biosensor) หรือการตรวจวัดทางชีวภาพ และการทำงานของ “Physical Computing” เพื่อนำมาประยุกต์ใช้กับการออกแบบได้อย่างมีประสิทธิภาพ
Biosensor รู้ได้ทุกจุดพร้อมหยุดทุกโรคร้าย
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.จำรัส พร้อมมาศ ที่ปรึกษาคณบดี หัวหน้าสาขาวิจัยไบโอเซ็นเซอร์และระบบวิเคราะห์รวมระดับจุลภาค มหาวิทยาลัยมหิดล เล่าถึงการใช้ไบโอเซ็นเซอร์หรือระบบการตรวจวัดทางชีวภาพไว้ในหลายภาคส่วน ไม่ว่าจะเป็นการแพทย์ อาหารและยา สิ่งแวดล้อม กระบวนการทางอุตสาหกรรม หรือการเกษตร โดยหากศึกษาตัวเลขจะพบว่า ไบโอเซ็นเซอร์ในตลาดโลกที่มีมูลค่ามากถึง 28.5 พันล้านเหรียญสหรัฐต่อปี และกว่า 90 เปอร์เซ็นต์เป็นไบโอเซ็นเซอร์ที่ถูกใช้ในวงการแพทย์ และเมื่อพิจารณาขนาดของตลาดจะเห็นได้ว่า สัดส่วนเกินครึ่งเป็นไบโอเซ็นเซอร์ที่ใช้บริเวณจุดตรวจเฉพาะหรือจุดดูแลผู้ป่วยต่าง ๆ ในโรงพยาบาล (Point of Care: POC Testing) ตามมาด้วยการใช้ไบโอเซ็นเซอร์ในครัวเรือน (Home Healthcare Diagnostics) ซึ่งนับเป็นตลาดใหญ่และมีเส้นทางการพัฒนาที่ต่อยอดได้
สำหรับไบโอเซ็นเซอร์ที่ถูกนำมาพัฒนามากที่สุดคือ ไบโอเซ็นเซอร์ที่อยู่ในอุปกรณ์ตรวจจับโรคเบาหวาน เพราะเป็นอุปกรณ์ที่มีปริมาณการใช้งานสูงสุด เนื่องจากโรคเบาหวานพบได้ในประชากรโลกกว่า 10 เปอร์เซ็นต์ ส่งผลให้บริษัทผู้ผลิตสินค้าประเภทนี้มีการแข่งขันสูงด้วยเช่นกัน
เป็นที่ทราบกันดีว่า ผู้ป่วยโรคเบาหวานต้องเจาะเลือดเพื่อตรวจหาระดับน้ำตาลเป็นประจำทุกเช้า ด้วยอุปกรณ์ที่ถูกพัฒนาต่อเนื่องกว่า 40 ปี ตั้งแต่การเจาะเลือดที่ปลายนิ้ว ปรับเปลี่ยนมาเป็นอุปกรณ์ตรวจจับแบบสวมใส่ (wearable biosensor) หรือที่เรียกกันว่าเป็นไบโอเซ็นเซอร์แบบไม่รุกราน (non-invasive biosensor) ซึ่งอาจจะมาในรูปแบบของ “สมาร์ตวอช” ที่ใช้สัญญาณแสงจากด้านหลังนาฬิกายิงเข้าไปใต้ผิวหนังแล้วสะท้อนออก จากนั้นจึงใช้ระบบ AI ตรวจหาปริมาณของกลูโคสที่อยู่ในเส้นเลือดใต้ผิวหนัง หรืออาจพัฒนาต่อไปเป็น “คอนแทคเลนส์” ที่นอกจากจะช่วยรักษาสภาวะสายตาสั้น-ยาวแล้ว ยังสามารถส่งสัญญาณแจ้งระดับปริมาณกลูโคสได้เช่นกัน
นอกจากนี้ก็ยังมีวิธีการอื่นๆ อย่างการเรียนรู้จากธรรมชาติผ่านการจำลองจมูกของสุนัขที่สามารถดมกลิ่นผู้ป่วยโรคมะเร็งหรือเบาหวาน และนำมาต่อยอดการออกแบบให้เป็น “จมูกอิเล็กทรอนิกส์” (E-nose) ที่สามารถดมกลิ่นจากลมหายใจของมนุษย์ และตรวจจับระดับกลูโคส รวมไปถึงสารอื่น ๆ ในร่างกายได้ เช่น คอเลสเตอรอล แลคเตท (Lactate) ที่บ่งบอกถึงสภาวะของเนื้อเยื่อต่าง ๆ ในร่างกาย ไปจนถึงการบอกค่ากรดยูริก หรือน้ำตาลกาแล็กโทส เป็นต้น
นอกจากนี้ ไบโอเซ็นเซอร์ยังถูกพัฒนาให้ใช้งานได้กับเส้นใยในผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ เช่น ผ้าอ้อมสำเร็จรูปที่สามารถตรวจจับสารที่ก่อให้เกิดภาวะตัวเหลืองในเด็กทารก แทนการเจาะเลือดบริเวณเท้าของเด็ก เพื่อให้สามารถตรวจรักษาได้อย่างรวดเร็วและหลีกเลี่ยงปัญหาที่จะเกิดขึ้นเมื่อเด็กเติบโต
อีกตัวอย่างคือการพัฒนาเทคโนโลยีไบโอเซ็นเซอร์ตรวจจับรสชาติหวานหรือเค็มในอาหาร เพื่อให้สอดคล้องกับนโยบายรณรงค์การลดการบริโภคอาหารหวานจัดหรือเค็มจัดของสำนักงานกองทุนสนับสนุนการสร้างเสริมสุขภาพ (สสส.) ที่จะช่วยให้การรณรงค์ประสบความสำเร็จได้มากขึ้น หากมีอุปกรณ์ที่เป็นรูปธรรมชัดเจนมาช่วยตรวจวัด
อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้ก้าวหน้าไปถึงการใช้ไบโอเซ็นเซอร์ตรวจจับสารได้มากกว่าหนึ่งชนิดพร้อมกัน และประเมินผลด้วย AI เพื่อตรวจหาความผิดปกติหรือการอักเสบของเซลล์ในร่างกายมนุษย์ได้จากหลายส่วน ทั้งสมอง ปอด หัวใจ ไต หรือลำไส้ สามารถตรวจได้ทั้งร่างกายและสภาพอารมณ์ที่เกิดขึ้น เรียกได้ว่าขยายจากเรื่องของสุขภาพไปเป็นเรื่องของความเป็นดีอยู่ดีแบบองค์รวม หรือ Wellness มากขึ้น
และในฐานะของผู้ที่อยู่ในแวดวงวิศวกรรมมาอย่างยาวนาน ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.จำรัส ยังได้เน้นย้ำถึงสิ่งที่สำคัญไม่แพ้กับการพัฒนาระบบไบโอเซ็นเซอร์ นั่นก็คือการออกแบบอุปกรณ์หรือเครื่องตรวจจับที่สามารถใช้ประโยชน์ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดด้วยนั่นเอง
Sensor ระบบล่ามอัจฉริยะ
หากพูดกันต่อถึงเรื่องระบบเซ็นเซอร์ซึ่งทำงานคล้ายกับ “ล่าม” ที่คอยแปลงสัญญาณจากโลกแห่งความเป็นจริง เช่น สัญญาณจากธรรมชาติต่าง ๆ ให้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้าในโลกแห่งคอมพิวเตอร์ เราสามารถแบ่งเซ็นเซอร์ได้ตามระบบประสาทสัมผัสของมนุษย์ทั้ง 5 นั่นคือ การได้ยินผ่านไมโครโฟน การมองเห็นด้วยตาหรือผ่านเลนส์ การสัมผัสด้วยนิ้ว การลิ้มรสผ่านลิ้น และการได้กลิ่นด้วยจมูก
GearWalker ยกตัวอย่างกระบวนการที่ทำให้มนุษย์และคอมพิวเตอร์มีปฏิสัมพันธ์กัน หรือที่เรียกว่า Human-Computer Interaction ส่งผลให้เกิดเป็นผลลัพธ์หรือกิจกรรมหลากหลายเต็มไปด้วยจินตนาการ อย่างเกมด้านดนตรีของ RockSmith ผลิตโดย Ubisoft (2012) ที่วิเคราะห์ความถี่ของเสียงจากสัญญาณไมโครโฟนที่เสียบจากกีตาร์หรือเบสของผู้เล่น แล้วจึงประมวลผลเป็นโน้ตดนตรี แถมยังมีคะแนนและสามารถบอกความก้าวหน้าของการเล่น สร้างความเป็นมืออาชีพและเปลี่ยนเกมให้เป็นการฝึกฝนการเล่นดนตรีได้อย่างเพลิดเพลิน
หรือตัวอย่างงาน Physical Computing ที่ปฏิสัมพันธ์กับผู้ใช้และเป็นผลงานของคนไทยก็คือ พระรอด 2.0 ผลิตโดย สสส. (2017) ที่เป็นโปรเจ็กต์ทดลองนำระบบ GPS ระบุตำแหน่งของคนขับและคำนวณความเร็วในขณะขับรถ หากเกินกว่าที่กำหนด จะมีเสียงเตือนสติจากพระพยอม นับเป็นการออกแบบที่เข้าวัฒนธรรมไทยได้เป็นอย่างดี
สำหรับการพัฒนาทรัพยากรที่สำคัญของโลกอย่างเด็ก ๆ เราจะเห็นของเล่นสร้างสรรค์จินตนาการได้มากมาย เช่น Harry Potter Coding Kit พัฒนาโดย Kano (2021) ที่จับเอาไม้คทาจากบทประพันธ์ชื่อดัง มาใส่เซ็นเซอร์จับการเคลื่อนไหวให้เขียน coding ได้อย่างง่ายดาย เด็ก ๆ สามารถเล่นได้เองหรือจะเล่นกับเพื่อน ๆ ก็สนุกสนานไม่แพ้กัน เป็นการเรียนรู้เรื่องการ coding ผ่าน Physical Computing อย่างสนุกสนาน
นอกจากในอุปกรณ์ต่าง ๆ แล้ว เรายังเห็นการนำ Physical Computing ไปใช้ในงาน Installation Art ที่เป็นผลงานของ TeamLab (2022) ที่นับเป็นงานออกแบบที่รับรู้สภาพแวดล้อมจากผู้เล่นหรือผู้เข้าชม แล้วจึงสร้างสภาพแวดล้อมใหม่ให้เกิดขึ้น ผ่านการฉายโปรเจ็กเตอร์หรือภาพเอฟเฟ็กต์แปลก ๆ ให้กับงานศิลปะได้อย่างลงตัว
จะเห็นได้ว่า Physical Computing ไม่ได้จำกัดอยู่แค่สิ่งใดสิ่งหนึ่ง แต่ขึ้นกับจินตนาการของผู้สร้างสรรค์ หากสามารถออกแบบอุปกรณ์ กิจกรรม หรือแม้แต่ประสบการณ์ให้โดนใจน่าใช้ ก็จะสามารถนำเทคโนโลยีเข้าไปสู่บ้านและเข้าไปอยู่ในใจของผู้ใช้ได้อย่างง่ายดาย
สำหรับผู้ที่สนใจเรื่อง Physical Computing สามารถเรียนรู้ได้จากชุด starter kit ที่มีตั้งแต่ระดับง่าย อย่าง littlebits ที่ทำงานคล้ายการต่อเลโก้ หรือ micro:bits ของ BBC ที่เป็น coding board สำหรับเด็กเพื่อเรียนรู้การเขียน code อย่างง่าย หรือแวะชมผลงานของคนไทยอย่าง KidBright ของสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ก็เรียนรู้ได้ไม่แพ้ของต่างประเทศเช่นกัน
ส่วนบุคคลที่มีความรู้ในระดับกลาง และอยากหาข้อมูลเพิ่มเติม ลองหาข้อมูลของ Ardulno ที่มี CPU หรือคอมพิวเตอร์ตัวเล็ก ๆ ให้ลองต่อเซ็นเซอร์ได้หลากหลาย หรือจะไปใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ Linux ขนาดเล็กเท่าฝ่ามือของ Rasberry Pi ที่สามารถใช้ได้ในชีวิตประจำวันก็ได้เช่นกัน
ดังนั้น สำหรับผู้ที่สนใจอยากเดินทางสายนี้ GearWalker แนะว่าควรมีความรู้ 3 เรื่อง คือ Electronic & Hardware ตามด้วยระบบคอมพิวเตอร์และโปรแกรมมิ่ง และที่ขาดไม่ได้คือเรื่องความคิดสร้างสรรค์และดีไซน์ หากยังมีไม่ครบทั้ง 3 ด้าน ลองหาความรู้เพิ่มเติมให้กับตัวเอง หรือหาทีมงานที่เป็นกูรูในแต่ละเรื่องให้เจอ ที่สำคัญต้องมี Computational Thinking หรือการคิดอย่างเป็นระบบ มีเหตุและผล และออกแบบให้ได้ในทุกเหตุการณ์
|
Physical Computing...ความสัมพันธ์ของมนุษย์กับโลกดิจิทัล
คำว่า Physical Computing ประกอบด้วยคำว่า Computing หรือการนำข้อมูลหรือสิ่งรับรู้จากภายนอกมาคำนวณด้วยอัลกอริธึมหรือโปรแกรมบางประเภทเพื่อให้ได้คำตอบ ยกตัวอย่างอุปกรณ์ในชีวิตประจำวันอย่างเครื่องคิดเลข ทั้งนี้ คอมพิวเตอร์ต้องประกอบด้วย 2 ส่วนที่แตกต่างกัน นั่นคือ “ฮาร์ดแวร์” และ “ซอฟต์แวร์” ทั้งสองส่วนนี้ต้องทำงานไปด้วยกัน ขาดสิ่งใดสิ่งหนึ่งไม่ได้ นึกถึงภาพโทรศัพท์มือถือที่ไม่มีระบบปฏิบัติการ ก็ไม่แตกต่างไปจากที่ทับกระดาษหนึ่งอัน การทำงานของคอมพิวเตอร์อธิบายได้ด้วยโมเดลทางวิศวกรรมแบบง่าย นั่นคือ IPO model หรือ Input-Process-Output เริ่มจากการป้อนข้อมูล (Input) ให้กับเครื่องคอมพิวเตอร์เพื่อคำนวณ (Process) จนกระทั่งได้ผลลัพธ์ (Output) ที่เราสามารถนำไปใช้ประโยชน์ต่อ ดูเหมือนว่าคอมพิวเตอร์จะเข้าใจข้อมูลดิบเหล่านั้น เช่น สามารถบอกอุณหภูมิหรือเปิดไฟได้ตอนที่พระอาทิตย์ลับขอบฟ้า แต่ในความเป็นจริง ยังมีข้อมูลอีกมากมายที่มนุษย์รับรู้ แต่ระบบคอมพิวเตอร์ไม่สามารถเข้าใจข้อมูลเหล่านั้นได้
ดังนั้น นักออกแบบควรเข้าใจพื้นฐานและขอบเขตว่า Physical Computing คือ Creative Framework สำหรับการทำความเข้าใจความสัมพันธ์ของมนุษย์ที่มีต่อโลกดิจิทัล และหากพิจารณาจาก IPO model สิ่งที่เราควรให้ความสนใจเป็นพิเศษนั่นคือ การโปรแกรมหรือให้ข้อมูล (Input) ที่เหมาะสม เพื่อให้คอมพิวเตอร์ที่มีเพียงระบบเลขศูนย์และหนึ่งสามารถคำนวณผลได้อย่างที่ต้องการ เป็นการแปลงข้อมูลต่าง ๆ ให้เหมาะสมกับการคำนวณ ก่อนที่จะใช้งานในรอบถัดไป ตัวอย่างการทำงานของ Physical Computing ที่พบในทุกครัวเรือนก็คือการทำความเย็นของตู้เย็น คอมพิวเตอร์ขนาดเล็กในตู้เย็นจะถูกป้อนข้อมูลให้รับรู้อุณหภูมิภายในตู้เย็น แล้วจึงประมวลผลว่าอุณหภูมินี้เหมาะสมกับอาหารที่อยู่ในตู้เย็นหรือไม่ นับเป็นฟังก์ชันเดียวของตู้เย็นที่ต้องรักษาระดับความเย็นไว้ตลอดการทำงาน นอกจากจะรู้ถึงการทำงานของ Physical Computing แล้ว นักออกแบบควรเข้าใจข้อมูลเรื่องระบบสมองกลฝังตัว (Embedded Systems) ที่ทำงานเหมือนคอมพิวเตอร์ แต่มีขนาดเล็กกว่าและใช้พลังงานน้อยกว่า โดยสามารถนำไปฝังไว้ที่ใดก็ได้ เช่นตอนนี้เราทุกคนมี Embedded Systems ที่ขาดไม่ได้อยู่ในโทรศัพท์มือถือ และแม้หากมองไปรอบตัว ท่ามกลางยานพาหนะ เครื่องใช้ภายในบ้าน อุปกรณ์ทางการแพทย์ อุปกรณ์เกม หรือเซ็นเซอร์ต่าง ๆ เราก็จะพบกับระบบสมองกลฝังตัว และ Physical Computing อย่างไม่รู้ตัว
หากเราใส่อินเทอร์เน็ตให้กับ Physical Computing ที่เป็นระบบสมองกลฝังตัวนี้ เราจะได้ Internet of Things หรือ IoT เช่นเมื่อ GearWalker ได้ร่วมกิจกรรม Digital Technology Design Program ของ CEA และ FabCafe Bangkok เมื่อ 3 ปีที่แล้ว มีผลงานออกแบบชิ้นหนึ่งที่น่าสนใจ คือการนำไอเดียจากความเชื่อของไทยเรื่อง “จิ้งจกทัก” มาพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้เตือนการสูญหายของสิ่งของ ต่อยอดด้วยการออกแบบอย่างสร้างสรรค์ จนกลายเป็นพวงกุญแจจิ้งจกที่ถอดหางได้ และจะร้องเตือนในโทรศัพท์มือถือของเจ้าของทุกครั้งที่ลืมหยิบของสำคัญที่อยู่ในหางจิ้งจกออกจากบ้านไปด้วย |
เครดิตเนื้อหาและรูป จากกิจกรรม FAB MEETUP Vol. 23: BOOST/PLAY/MEASURE ในวันที่ 24 มีนาคม 2566 และเอกสารประกอบการบรรยาย
เรื่อง : พลอย ศรีสุโร
