การพัฒนาอัลกอริทึมจากรูปแบบการเคลื่อนที่และการตัดสินใจเคลื่อนที่แบบกลุ่มของ “กุ้งเดินขบวน”

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

อธิศ เตชะนิธิสวัสดิ์, พิวัฒน์ ศุภวิทยา

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

วนิดา ภู่เอี่ยม, ชนันท์ เกียรติสิริสาสน์

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนกรุงเทพคริสเตียนวิทยาลัย

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2561

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

“กุ้ง” เป็นสัตว์ขาปล้อง (Arthropod) ที่สามารถเคลื่อนที่ได้โดยการเดินและการว่ายในน้ำ ไม่สามารถเดินบนบกได้ ยกเว้นกุ้งฝอยบางชนิดในสกุล Macrobrachium ซึ่งเป็นกลุ่มเฉพาะที่สามารถพบได้ในประเทศไทย เคลื่อนที่ทวนกระแสน้ำในพื้นที่ที่มีกระแสน้ำไหลเร็วและแรงและเคลื่อนที่ขึ้นบนบกในบริเวณที่มีลักษณะเป็นแก่งในช่วงฤดูฝน ซึ่งเรียกว่าปรากฏการณ์ “กุ้งเดินขบวน” จัดเป็นพฤติกรรมทางธรรมชาติที่มีความพิเศษมาก ผู้วิจัยจึงสนใจศึกษาความสามารถในการเคลื่อนที่ของ “กุ้งเดินขบวน” สกุล Macrobrachium เพื่อพัฒนาอัลกอริทึมรูปแบบการเคลื่อนที่ของ “กุ้งเดินขบวน” แบ่งเป็นการศึกษา 5 การศึกษาดังนี้

การศึกษาที่ 1 ศึกษาสายพันธุ์ของกุ้งและปัจจัยทางกายภาพบริเวณปรากฏการณ์กุ้งเดินขบวนในธรรมชาติ กำหนดพื้นที่การศึกษาที่ฝายยางลำโดมใหญ่ พบว่า “กุ้งเดินขบวน” คือกุ้งสายพันธุ์ Macrobrachium dienbienphuense มีลักษณะสัณฐานที่สำคัญคือมีก้ามด้านซ้ายใหญ่กว่าก้ามด้านขวา และสามารถเดินได้ทั้งในน้ำและบนบก จากนั้นศึกษาปัจจัยทางกายภาพบริเวณปรากฏการณ์กุ้งเดินขบวนในธรรมชาติ พบว่าอุณหภูมิอากาศ อุณหภูมิน้ำ ความชื้นสัมบูรณ์อากาศ และความเร็วกระแสน้ำ ไม่ส่งผลต่อจำนวนของ “กุ้งเดินขบวน” ที่ขึ้นมาเคลื่อนที่บนบก และเมื่อทำการศึกษาสัณฐานที่มีผลต่อความสามารถในการเคลื่อนที่ของกุ้งสกุล Macrobrachium บริเวณปรากฏการณ์กุ้งเดินขบวนในการศึกษาที่ 2 พบว่าโครงสร้างของขาของ “กุ้งเดินขบวน” แตกต่างจากกุ้งสายพันธุ์ Macrobrachium lanchesteri เมื่อศึกษาความสามารถในการเคลื่อนที่ของกุ้งสกุล Macrobrachium ในบริเวณปรากฏการณ์กุ้งเดินขบวนในการศึกษาที่ 3 พบว่ากุ้งสายพันธุ์ M.dienbienphuense มีความสามารถในการเคลื่อนที่ด้านจำนวนและความเร็วสูงกว่ากุ้งสายพันธุ์ M.lanchesteri อย่างมีนัยยะสำคัญทางสถิติที่ระดับ 0.05 จากนั้นจึงเลือกกุ้งสายพันธุ์ M.dienbienphuense มาศึกษาในการศึกษาที่ 4 สามารถคำนวณรูปแบบการเคลื่อนที่สูงสุดได้ทั้งหมด 17 รูปแบบ โดยกุ้งเดินขบวนสกุล Macrobrachium จะใช้รูปแบบการเคลื่อนที่ที่ต่างกันเมื่ออยู่บนบกและในน้ำ จะพบรูปแบบการเคลื่อนที่ในน้ำ 14 รูปแบบแต่รูปแบบ D จะมากที่สุด ส่วนการเคลื่อนที่บนบกลักษณะพิ้นผิวหยาบได้ทั้งหมด 14 รูปแบบโดยทุกรูปแบบจะมีการยกตัวขึ้นก่อนเสมอ แต่รูปแบบ C จะพบมากที่สุด และการเคลื่อนที่บนบกลักษณะพื้นผิวเรียบได้ทั้งหมด 15 รูปแบบและทุกรูปแบบจะพบการยกตัวก่อนการเคลื่อนที่เสมอแต่รูปแบบ B จะพบมากที่สุดโดยรูปแบบ B, C และ D เป็นรูปแบบที่ยังไม่พบในการศึกษาการเคลื่อนที่ของสัตว์ที่เดินด้วย 6 ขาชนิดอื่นๆ ถือเป็นรูปแบบการเคลื่อนที่เฉพาะของกุ้งเดินขบวนสกุล Macrobrachium จากนั้นพัฒนาอัลกอริทึมจากความสามารถและรูปแบบการเคลื่อนที่ของ “กุ้งเดินขบวน” สกุล Macrobrachium ในการศึกษาที่ 5 โดยเมื่อนำอัลกอริทึมรูปแบบการเคลื่อนที่ของกุ้งเดินขบวนในน้ำและบนบกมาพัฒนาเป็นอัลกอริทึมรูปแบบการเคลื่อนที่ของกุ้งเดินขบวนตามเงื่อนไขจำแนกเป็นในน้ำและบนบกและความแตกต่างของสภาพพื้นผิว “Shrimp”is an arthropod that can move in water, but cannot move on land. However, there is a species of freshwater shrimp in Thailand that are capable of walking along rocks on the sides of rapids during rainy seasons. This occurrence is called “Parading Shrimp” which is considered a unique natural phenomenon. Therefore, we were inspired to study the walking ability and movement pattern of "Parading Shrimp" Macrobrachium sp.

We first studied parading shrimps by specifying our study site at Fai Lam Dom Yai, Ubon rachathani, Thailand. The results were that the species considered to be parading shrimps is Macrobrachium dienbienphuense. Its noticeable morphology was larger left cheliped and the ability to move both under water and on land. From the study of physical factors affecting parading shrimps, we found that air temperature, water temperature, absolute humidity and current speed were not related with this phenomenon. From the study of morphology affecting parading shrimp walking ability, their morphologies were different from Macrobrachium lanchesteri and the relationship of their leg length and carapace length was not different from Macrobrachium lanchesteri. From the study of parading shrimp waking ability, more Macrobrachium dienbienphuense could move and has higher speeds than Macrobrachium lanchesteri. Therefore, we selected Macrobrachium dienbienphuense to study movement patterns affecting their walking ability. We calculated 17 possible leg patterns for shrimp movement. We found that the shrimps move in different patterns when underwater and on land. The shrimps walked using 14 patterns with pattern D being the most frequent. When walking on land on a rough surface, they walked using 14 patterns with pattern C being the most frequent. However, when walking on smooth surface, they walked using 15 patterns with pattern B being the most frequent. Patterns B, C and D are only found in M. dienbienphuense and has never been reported in studies of hexapod movement patterns. Finally, we developed an algorithm to explain the movement patterns of these shrimps.