ยานสำรวจใต้น้ำ

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ศุภฤกษ์ ศรีสุข, กษิดิศ ตันตระพงศธร

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

วิเชียร ดอนเเรม

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนวิทยาศาสตร์จุฬาภรณราชวิทยาลัย ชลบุรี

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2561

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

ยานสำรวจใต้น้ำ (Remotely Operated underwater Vehicle) ที่สร้างขึ้นนั้นถือเป็นรุ่นต้นแบบ มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาต้นแบบยานสำรวจใต้น้ำที่มีขนาดกะทัดรัด สะดวกสบายในการใช้งาน ใช้งบประมาณในการพัฒนาต่ำ สามารถเคลื่อนที่บนผิวน้ำและใต้น้ำได้ สามารถถ่ายทอดสดสัญญาณภาพนิ่งหรือภาพเคลื่อนไหวที่แสดงถึงสภาพของแหล่งน้ำที่ทำการสำรวจได้ โดยจุดมุ่งหมายสำคัญของการพัฒนาต้นแบบยานสำรวจใต้น้ำนั้นเพื่อตอบสนองต่อกิจกรรมใต้น้ำที่มีมากขึ้นโดยเฉพาะภาคอุตสาหกรรม ลดการใช้นักดำน้ำลงไปสำรวจใต้น้ำเนื่องจากระดับความดันใต้น้ำแปรผันตามระดับความลึกของแหล่งน้ำนั้นๆ จึงอาจก่อให้เกิดอันตรายต่อมนุษย์ได้และค่าใช้จ่ายในการปฏิบัติแต่ละครั้งนั้นมีราคาสูง อีกทั้งเทคโนโลยียานสำรวจใต้น้ำที่ใช้ในปัจจุบันเป็นการนำเข้าเทคโนโลยีจากต่างประเทศจึงทำให้มีราคาสูง ผู้พัฒนาจึงได้พัฒนาต้นแบบขึ้นโดยจำแนกได้เป็น 2 ส่วนคือ 1.) ส่วนโครงสร้างหลัก มีการเลือกใช้ท่อPVC เนื่องจากด้วยคุณสมบัติทางเคมีของท่อชนิดนี้สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมได้ในระดับดี เมื่อมีการนำไปใช้งานในสภาพเปียกชื้นไม่เกิดการกัดกร่อนจากปฏิกิริยาของอากาศ อีกทั้งมีหลายขนาดให้เลือกใช้ สามารถหาซื้อได้ง่าย และด้วยสภาพภายในเป็นท่อกลวงจึงส่งผลให้เมื่อประกอบเป็นโครงสร้างหลักของยานแล้วสามารถสร้างแรงลอยตัวของยานให้เกิดขึ้นด้วยอากาศที่อยู่ภายในท่อซึ่งถูกปิดผนึก ทั้งนี้การออกแบบโครงสร้างหลักได้มีการออกแบบตามหลักอุทกพลศาสตร์รวมถึงหลักการของกลศาสตร์ของไหล ในการพัฒนาโครงสร้างของยานให้สามารถรับแรงดันใต้น้ำที่กระทำต่อพื้นที่ผิวของยาน รวมถึงการพัฒนาโครงสร้างที่สร้างแรงต้านน้อยเพื่อให้ยานสามารถปฏิบัติงานได้อย่างคล่องแคล่ว รวมถึงการคำนวณการสร้างแรงลอยตัวซึ่งส่งผลให้ยานสามารถลอยตัวกลับมาที่ผิวน้ำได้ทั้งนี้เพื่อเป็นการรองรับในกรณีระบบการทำงานของยานล้มเหลวจะสามารถลอยตัวกลับขึ้นมาที่ผิวน้ำได้ ตลอดจนการออกแบบเพื่อรองรับภารกิจตามเป้าหมาย อีกทั้งต้องมีการเลือกใช้มอเตอร์ในการขับเคลื่อนใบพัดที่เหมาะสมเพื่อสร้างกำลังในการดำน้ำและเคลื่อนที่ใต้น้ำ กล่องควบคุมซึ่งบรรจุระบบอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งถือเป็นหัวใจสำคัญของยานจะต้องมีการออกแบบเพื่อป้องกันความเสียหายที่จะเกิดจากความชื้น 2.)ส่วนระบบอิเล็กทรอนิกส์ มีการวางระบบไฟฟ้าโดยใช้กำลังไฟที่คำนวณแล้วมีความเหมาะกับระบบต่างๆ ของยาน ทั้งต้องมีการออกแบบและเลือกใช้วัสดุอุปกรณ์ที่ป้องกันความชื้นเนื่องจากต้องมีการนำไปใช้งานในน้ำ และต้องมีการออกแบบป้องกันในกรณีที่เกิดการลัดวงจรของกระแสไฟฟ้าอันเนื่องมาจากความชื้น ตลอดจนออกแบบระบบควบคุมบังคับยานเพื่อใช้ควบคุมและบังคับยานขณะปฏิบัติภาระกิจใต้น้ำ ทั้งนี้รวมถึงการเลือกใช้กล้องที่จะต้องสามารถทำงานใต้น้ำได้ และต้องมีการเลือกใช้ระบบรับ - ส่งสัญญาณเพื่อถ่ายทอดสดสัญญาณภาพนิ่งและภาพเคลื่อนไหวจากการสำรวจใต้แหล่งน้ำ เพื่อติดตามสภาพพื้นที่จริงในระหว่างการสำรวจ

จากผลการศึกษา คณะผู้จัดทำสามารถสร้างต้นแบบของยานสำรวจใต้น้ำ โดยโครงสร้างหลักสร้างจากท่อ PVC ที่สามารถหาซื้อได้ง่าย ยานสำรวจใต้น้ำที่พัฒนาขึ้นถูกออกแบบให้มีความหนาแน่นใกล้เคียงกับความหนาแน่นของน้ำจืด จึงส่งผลให้ในสภาวะปกติยานจะลอยอยู่บริเวณผิวน้ำ เมื่อเริ่มปฏิบัติภารกิจระบบอิเล็กทรอนิกส์จะจ่ายไฟไปยังมอเตอร์ที่ควบคุมการขึ้นลงของยาน ส่งผลให้ยานสามารถดำน้ำได้ สามารถควบคุมการเคลื่อนที่เดินหน้า-ถอยหลังได้ด้วยมอเตอร์และใบพัดอีกชุดหนึ่ง หากต้องการเคลื่อนที่ซ้าย-ขวา สามารถควบคุมการเคลื่อนที่ด้วยมอเตอร์และใบพัดอีกชุด ดังนั้นการเคลื่อนของยานสามารถเคลื่อนที่เพื่อปฏิบัติภารกิจจะมีการทำงานของมอเตอร์สามชุดที่ทำงาน โดยสามารถสั่งการควบคุมการเคลื่อนที่ได้ด้วยแผงควบคุมที่ประดิษฐ์ขึ้นมาเพื่อให้ง่ายต่อการใช้งาน การถ่ายภาพนิ่งและภาพเคลื่อนไหวใต้น้ำมีการเชื่อต่อด้วยสาย LAN จากยานสำรวจใต้น้ำมายัง Router เพื่อแปลงเป็นสัญญาณ WI-FI ในย่านความถี่ 2.4 GHz. เพื่อถ่ายทอดไปยังอุปกรณ์ที่รองรับการใช้งานWI-FI ในย่านความถี่ดังกล่าว ที่มีการติดตั้งโปรแกรมเพื่อรับสัญญาณการถ่ายทอดสดดังกล่าว ยานสำรวจใต้น้ำสามารถถ่ายทอดสดสัญญาณภาพนิ่งและภาพเคลื่อนไหวได้ มายังอุปกรณ์รับภาพได้ เพื่อนำไปสำรวจสภาพแวดล้อมใต้น้ำซึ่งจากการสำรวจใต้น้ำนั้นยานสำรวจใต้น้ำสามารถเคลื่อนที่ได้ในระดับพื้นผิวน้ำและในน้ำได้รวดเร็วและคล่องตัว สามารถดำน้ำลงไปได้ในระดับความลึกได้ถึง 5 เมตร