การศึกษาพฤติกรรมการเคลื่อนที่ของมดในหลุมดักเหยื่อแมลงช้างเพื่อพัฒนาอัลกอริทึมของหุ่นยนตร์ที่เคลื่อนที่สำหรับการเกษตร
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
ณภัทร เจริญศิลป์, รัชต์ เรืองเดชอนันต์, กุลพัฒน์ วชิรวาณิชกุล
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
จันทร์จิรา ชัยอินทรีอาจ
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
หุ่นยนต์ หรือโรบอต (robot) คือเครื่องจักรกลชนิดหนึ่ง มีลักษณะโครงสร้างและรูปร่างแตกต่างกัน หุ่นยนต์ในแต่ละประเภทมีหน้าที่การทำงานในด้านต่าง ๆ ตามการควบคุมโดยตรงของมนุษย์ การควบคุมระบบต่าง ๆ ในการสั่งงานระหว่างหุ่นยนต์และมนุษย์สามารถทำได้โดยทางอ้อมและอัตโนมัติ ปัจจุบันเทคโนโลยีด้านหุ่นยนต์มีการพัฒนาอย่างก้าวหน้าถูกนำมาใช้ในงานด้านต่าง ๆ มากมาย ทั้งทางด้านการเกษตรและอุตสาหกรรมการผลิตต่าง ๆ จากจำนวนประชากรบนโลกที่มีแนวโน้มเพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้มีความต้องการอาหารและสิ่งของที่ต้องใช้ในชีวิตประจำวันมากขึ้นเช่นกัน ซึ่งการทำงานของหุ่นยนต์ในอุตสาหกรรมการเกษตรและอุตสาหกรรมการผลิตต่าง ๆ จะช่วยทำให้มนุษย์ได้ผลผลิตที่สม่ำเสมอ และมีความสามารถในการผลิตสิ่งของต่าง ๆ ได้อย่างต่อเนื่อง ดังนั้น แนวโน้มที่หุ่นยนต์จะเข้ามามีบทบาทต่อด้านการเกษตรและอุตสาหกรรมการผลิตสิ่งของต่าง ๆ จึงมีมากขึ้นอย่างแน่นอน
โดยทั่วไปหุ่นยนต์มีสองชนิดใหญ่ๆ คือ หุ่นยนต์ที่อยู่กับที่ (Fixed Robot) และหุ่นยนต์ที่เคลื่อนที่ (Mobile Robot) สำหรับหุ่นยนต์ที่เคลื่อนที่ได้มีการวิจัยและพัฒนาการเคลื่อนที่ที่เลียนแบบสิ่งมีชีวิต (Biologically Inspired Robots) เพื่อหุ่นยนต์ชนิดที่เคลื่อนที่ได้ มีความสามารถเคลื่อนไหวร่างกายไปมาได้อย่างอิสระ หรือมีการเคลื่อนที่ไปมาในสถานที่ต่างๆ โดยหุ่นยนต์ประเภทนี้ถูกออกแบบลักษณะของโครงสร้างให้มีขนาดเล็กและมีระบบเคลื่อนที่ไปมา รวมทั้งมีแหล่งจ่ายพลังสำรองภายในร่างกายของตนเอง น้ำหนักไม่มาก เพื่อไม่ให้เป็นอุปสรรคต่อการปฏิบัติงานของหุ่นยนต์หรืออุปสรรคในการเคลื่อนที่ หุ่นยนต์ประเภทนี้มีทั้งแบบล้อ (Wheel) และแบบขา (Leg) แต่ละแบบมีข้อดีและเสียแตกต่างกันไป โดยหุ่นยนต์ที่เป็นแบบขาสามารถเคลื่อนที่บนพื้นผิวขรุขระ และบันไดได้ดีกว่าหุ่นยนต์แบบล้อที่เหมาะกับทางเรียบ เพื่อให้สามารถนำมาใช้ในการสำรวจพื้นที่
กลุ่มผู้ทำโครงงานจึงมีความสนใจศึกษาพฤติกรรมการเคลื่อนที่ของมดในหลุมดักเหยื่อของแมลงช้าง เพื่อนำผลการศึกษาที่ได้ไปต่อยอดพัฒนาเป็นอัลกอลิทึมการเคลื่อนของหุ่นยนต์ที่เคลื่อนที่ให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น สำหรับใช้ในด้านการเกษตร ในการสำรวจพื้นที่ที่ลาดเอียง ไม่ราบเรียบ มีโคลนและมีหญ้ารก เพื่อนำไปใช้ในการดูแลสวน ไร่นาที่เป็นอาชีพหลักของเกษตรกรส่วนใหญ่ในประเทศในอนาคต
ปัญหา (Problem or Question being addressed)
การทำเกษตรกรรมแบบดั้งเดิมจะประสบปัญหาในด้านการใช้เวลามาก ให้ผลผลิตต่ำ อีกทั้งยังต้องใช้แรงงานในการดูแลรักษาค่อนข้างมาก การที่จะเพิ่มผลผลิตให้มากขึ้นนอกจากการวิจัยพันธุ์พืชให้ได้ผลผลิตสูง เก็บเกี่ยวเร็วและมีความต้านทานโรคสูงแล้ววิทยาการหุ่นยนต์เป็นอีกศาสตร์ที่ถูกนำมาใช้มากขึ้น เพื่อช่วยเพิ่มผลผลิต เช่น การนำรถไถนา รถดำนาและรถเก็บเกี่ยว มาพัฒนาเป็นหุ่นยนต์ระบบอัตโนมัติ ในอดีตหุ่นยนต์นั้นจะมีข้อจำกัดค่อนข้างมากในการใช้งานกลางแจ้ง เนื่องจากความชื้น สภาพที่เปียกแฉะ หรือแสงแดด จะเป็นอันตรายอย่างมากกับวงจรไฟฟ้าของหุ่นยนต์ แต่ด้วยเทคโนโลยีและความสามารถที่เพิ่มขึ้นของหุ่นยนต์ในปัจจุบัน หุ่นยนต์ถูกพัฒนาปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมกลางแจ้งได้ดีขึ้น จนทุกวันนี้หุ่นยนต์สามารถที่จะทำงานกลางฝนได้ และกลุ่มผู้วิจัยจึงมีความสนใจที่จะพัฒนาหุ่นยนต์เพื่อใช้ในการสำรวจพื้นที่และใช้ในการเกษตร โดยใช้การเคลื่อนที่ที่เลียนแบบพฤติกรรมของมดจากหลุมดักเหยื่อแมลงช้าง เพื่อให้หุ่นยนต์มีความสามารถในการปีนป่ายขึ้นจากหลุมในสภาพของผืนดินของการเพาะปลูกได้อย่างดี สามารถสำรวจพื้นที่ที่ไม่ราบเรียบ โคลน เฉอะแฉะและมีหญ้ารก เพื่อนำไปใช้ในการดูแลสวน ไร่นาที่เป็นอาชีพหลักของเกษตรกรส่วนใหญ่ในประเทศให้ดียิ่งขึ้น
สมมติฐานและวัตถุประสงค์
3.1 สมมติฐาน :
พฤติกรรมการเคลื่อนที่ของมดชนิดต่าง ๆ ในหลุมดักเหยื่อของแมลงช้างจะแตกต่างกันเนื่องจากมีพฤติกรรมและสรีระทางกายภาพที่แตกต่างกัน
สภาวะของหลุมดักเหยื่อแมลงช้างที่แตกต่างกันได้แก่ ความเรียบของพื้นผิว ความเอียง ขนาดเม็ดทรายมีผลต่อลักษณะเคลื่อนที่ของมด