7G

⭕️ ⭕️ ⭕️

ได้พูดถึงเรื่องเครือข่ายโทรศัพท์มือถือจากอดีตมาจนถึงปัจจุบันคือ 5G มาแล้ว ขอต่อจากปัจจุบันไปยังอนาคต เพื่อให้ครบ

เข้าใจมานานว่าเป็น 6G ที่หลายค่ายกำลังทุ่มทุนทำกันอยู่ ผมเข้าใจผิดครับ เพราะเขาคิดไปถึง 7G กันแล้ว

ย้อนดูระบบมือถือไร้สายที่ได้พัฒนามาเป็นขั้นเป็นตอนจนถึงปัจจุบัน

1G - เป็นระบบ analog 

2G - เป็นระบบ digital 

3G - ส่งข้อมูลและภาพนิ่งได้

4G - ดูวีดีโอภาพเคลื่อนไหวได้

และจากปัจจุบันไปอนาคตก็ได้วาดฝันว่า …

5G - Internet of Things (IoT)

6G - Internet of Everything (IoE)

7G - ยังไม่ชัดเจน อาจมี quantum computing และ block chain 

เมื่อสามปีที่แล้ว (2021) Ericsson ได้จัด presentation เรื่อง “5G in Thailand” ซึ่งถือเป็นเรื่องใหม่มากในตอนนั้น คุณ Alexander Simon ผู้ก่อตั้งบริษัท Simon GesmbH ของเยอรมันที่ไปร่วมงานได้ถ่ายทอดเรื่องราวให้ฟังว่า 5G ถือว่าเป็นเทคโนโลยีใหม่ล่าสุดในตอนนั้น ทว่า บางช่วงบางเวลายังมีการพูดพาดพิงถึง 6G ด้วย ผู้ร่วมงานถึงกับอึ้งไปเลยเพราะไม่เคยได้ยินมาก่อน

ทีมงานวิศวกรได้วางแผนงานล่วงหน้าไปเรียบร้อยแล้วครับ

การนำ 5G มาใช้งานยังทำไม่ได้เต็มที่ ข้อด้อยในทางเทคนิคประการหนึ่งก็คือ มันส่งสัญญาณไปได้ไม่ไกล ดังนั้น เขาจึงใช้เฉพาะในบางพื้นที่ จะไม่ส่งกระจายไปทั่วประเทศ

ปัญหาบางอย่างที่มีอยู่จึงเตรียมไว้เพื่อจะให้ได้รับการแก้ไขในเจนเนอเรชั่นถัดไปคือ 6G 

Roadmap ที่เตรียมไว้จึงมี 6G รวมทั้งเจนเนอเรชั่นถัดไปด้วย 

เป็นเรื่องธรรมดาในเชิงวิศวกรรม (ทั้ง hardware และ software) ที่จะต้องทำ roadmap ในการพัฒนาระบบล่วงหน้านาน 5 ถึง 10 ปี หรือบางทีอาจจะไกลกว่านั้นด้วยซ้ำ

สิ่งเหล่านี้เกิดจากข้อจำกัดดังนี้คือ

•เทคนิคบางอย่างยังทำไม่ได้ หรือยังไม่ได้ทำวิจัย อย่างเช่นจะใช้ quantum computing (ซึ่งในท้องตลาดยังไม่มี) อย่างไรก็ตาม เขาก็จะมีสมมุติฐานในเชิงบวกว่า เมื่อถึงคราวจำเป็นต้องใช้ก็จะมีเทคโนโลยีให้ใช้จนได้

•ทรัพยากรมีจำกัด ทรัพยากรในที่นี้หมายถึงเงินและคน ดังนั้นจะให้เกิดมีทุกสิ่งทุกอย่างในทันทีเหมือนเนรมิตนั้นไม่ได้

•เป้าหมายที่จะบรรลุในเชิงเศรษฐศาสตร์ พูดให้ง่ายก็คือ หาเงินหากำไรจาก 5G เสียก่อนเพื่อที่จะเอาไปพัฒนา 6G 

Timeline ที่ออกโดยผู้ที่กำหนดมาตรฐาน 3G เป็นต้นมา (3rd Generation Partnership Project : 3GPP) คือ

3G : 1999-2019

4G : 2009-2029

5G : 2019…

6G : 2029…

แต่ในความเป็นจริงมีการพัฒนาระบบสื่อสารขึ้นมาเร็วกว่า timeline มากทีเดียว 

6G ที่มีใน timeline ตั้งแต่ปี 2029 เป็นต้นไปก็มีการพัฒนากันแล้ว มีผู้จดลิขสิทธิ์เทคโนโลยีมากมายทั้งในจีนและอเมริกา

7G ที่คาดว่าจะเกิดหลัง 6G ประมาณ 10 ปีนั้น เมื่อสามปีที่แล้วอยู่ในห้องทดลอง ยังไม่มีที่ไหนในโลก เคยคาดกันว่าจะมีใช้ในช่วงปี 2035-2045 ทว่าในปัจจุบันก็มีบ้างในบางประเทศ

ประเทศที่มีระบบ internet ความเร็วสูงเทียบได้กับ 7G มีหลายประเทศเช่น นอร์เวย์ เนเธอร์แลนด์ เกาหลีใต้ ญี่ปุ่น ฮ่องกงของจีน และสวีเดน 

เทคโนโลยีไปเร็วจนบางคนบอกว่า หาเงินไม่ทันเลยเพื่อจะซื้อมือถือใหม่ 

ที่น่าทึ่งก็คือการฝันเฟื่องของนักคิดนักฝัน ที่โลกอนาคตไปไกลไปเร็วจนของทุกสิ่งทุกอย่างจะสามารถคุยกันเองได้แล้ว (Internet of Everything: IoE) ต่อไปสิ่งของเหล่านั้น คงหันมาคุยกับมนุษย์ โดยการเชื่อมต่อสมองของคนเราอย่างที่ Elon Musk วาดฝัน คราวนี้คงสนุกกันละ แค่นึกว่าอยากกินกาแฟสักแก้ว …

แก้วกาแฟหอมกรุ่นมาตั้งรอที่โต๊ะแล้ว !

วัชระ นูมหันต์

2024-07-21

5G

⭕️ ⭕️ ⭕️

5G เป็นชื่อย่อของระบบเครือข่ายสื่อสารที่ใช้สำหรับโทรศัพท์มือถือที่กำลังจะมาถึงในอนาคตอันใกล้ 

หลายคนคงเคยได้ยินคำว่า 5G นี้มาบ้างเมื่อช่างจากค่ายมือถือมาปรับเปลี่ยนเครื่อง router ให้ส่งสัญญาณ WiFi ภายในบ้านสำหรับเชื่อมต่อ internet ซึ่งมีทั้ง 2G และ 5G ปล่อยคู่กันออกมา 

WiFi 2G ช้ากว่า แต่ส่งได้ไกลกว่า ทะลุทะลวงสิ่งกีดขวางได้ดีกว่า เนื่องจากใช้ความถี่ต่ำกว่า  2G ยังต้องมีอยู่ เนื่องจากยังมีอุปกรณ์รุ่นเก่าบางตัวที่ใช้กับระบบ 5G ไม่ได้

ส่วนระบบเครือข่ายของโทรศัพท์มือถือ ปัจจุบันเราใช้ 4G กันเป็นส่วนใหญ่ อาจมีบางพื้นที่ที่ยังใช้ระบบ 3G อยู่ 

วิวัฒนาการของระบบเครือข่ายของโทรศัพท์มือถือมีมาตลอดตั้งแต่ทศวรรษ 1980 และมีการปรับเปลี่ยนในช่วงเวลาประมาณทุกสิบปี

ทศวรรษ 1980 - เริ่มมี 1G ระบบเสียงเป็นแบบ analog 

ทศวรรษ 1990 - 2G เริ่มปรับเปลี่ยนแปลงสัญญาณเสียงจาก analog เป็น digital 

ทศวรรษ 2000 - 3G เพิ่มการส่งข้อมูลผ่านมือถือ (mobile data)

ทศวรรษ 2010 - 4G ยุคปัจจุบันที่ไม่ใช่แค่โทรศัพท์พกพา แต่เป็นการออกอากาศผ่านมือถือ ดูข้อมูล มากกว่าการใช้พูดคุยเสียอีก

5G ที่กำลังมา จะเป็นอะไรที่มากยิ่งกว่าการดูข้อมูล เพราะจะเป็นการติดต่อกับอุปกรณ์รอบตัวเราซึ่งตอนนี้เริ่มมีใช้กันบ้างแล้ว การสั่งเปิดไฟปิดไฟในบ้านผ่านมือถือจะกลายเป็นเรื่องที่เล็กน้อยมาก ถ้าเทียบกับรถที่ขับได้เอง

5G ที่กำลังมา จะกระทบทุกอุตสาหกรรม ทำให้การเดินทางปลอดภัยยิ่งขึ้น สามารถทำการรักษาพยาบาลและดูแลสุขภาพทางไกลได้ (remote healthcare) ทำการเกษตรอย่างมีประสิทธิภาพ การขนส่งควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ (digitized logistics) และอีกมากมาย 

เทคโนโลยี 5G คืออะไร ?

เทคโนโลยี 5G คือเทคโนโลยีของระบบสื่อสารไร้สายเจนเนอเรชั่นที่ห้า โดยข้อมูลจะถูกแชร์และส่งต่อได้อย่างรวดเร็วกว่าที่เคยเป็นมา 

5G ยังเปิดโอกาสให้มีคลื่นลูกใหม่ของการเชื่อมต่ออุปกรณ์ หรือ Internet of Things (IoT) รวมทั้งอุปกรณ์ร่วมสมัยอย่างเช่น Virtual Reality (VR) ที่แปลแล้วฟังชอบกลว่า “ความเป็นจริงเสมือน”

และแน่นอนว่า 5G ย่อมทำในสิ่งที่เจนเนอเรชั่นก่อนทำได้อยู่แล้วคือ ใช้สำหรับการสื่อสารติดต่อกันระหว่างผู้คนผ่าน internet และเครือข่ายโทรศัพท์ ไม่ว่าระยะทางจะใกล้ไกลเพียงใด

แล้ว 5G ดีกว่า 4G อย่างไร ?

จะเปลี่ยนใหม่ทั้งทีก็ต้องดีกว่าเก่า ข้อดีก็คือ มันเพิ่มความสามารถ ดีกว่าเก่า ส่งข้อมูลได้เร็วกว่า สามารถติดต่อสื่อสารกันระหว่างรถได้ ไม่ได้หมายความว่าคนที่อยู่ในรถแต่ละคันติดต่อกัน แต่หมายถึงตัวรถติดต่อกันเอง รวมทั้งการติดต่อกันระหว่างอุปกรณ์ที่หลากหลาย ความสามารถในการติดต่อก็มีหลายระดับ อะไรต่อมิอะไรก็ติดต่อกันได้ อย่างเช่น รถติดต่อกับบ้าน หรือร้านกาแฟ

5G เร็วกว่า 4G ใช่ไหม ?

เป็นคำถามที่ตอบง่ายมาก เหมือนจะรู้กันอยู่แล้ว เพราะมันจะต้องเร็วกว่าเจนเนอเรชั่นก่อนหน้าเสมอคือ 4G เร็วกว่า 3G และ 5G ย่อมเร็วกว่า 4G แถมยังเพิ่มการต่อกับอุปกรณ์อีกหลากหลายได้ด้วย

5G ทำงานอย่างไร ?

มีหลายทางที่ 5G ติดต่อกับพวกเรา

โทรศัพท์มือถือติดต่อสถานี 5G แบบไร้สาย ผ่านความถี่เช่นเดียวกับคลื่นวิทยุ แต่เป็นช่องทางคลื่นความถี่ที่ยังไม่มีการเปิดให้ใช้มาก่อน ในอเมริกามีการประมูลช่องความถี่นี้มาตั้งแต่ปี 2011 ความถี่นี้เรียกว่า “mid-band frequencies.” ความถี่ช่วงนี้นี่แหละที่เป็นตัวเปลี่ยนเกม เพราะว่า 3G และ 4G ไม่มีโอกาสได้ใช้มาก่อน ความถี่ช่วงที่ว่านี้ทำให้สามารถส่งผ่านข้อมูลได้รวดเร็วยิ่งขึ้น เพียงพอสำหรับการดู VDO หรือ VR ผ่านมือถือโดยการเชื่อมต่อไม่มีการสะดุด เรียกว่าทำให้เทคโนโลยี่ 4G ตกชั้นไปเลย

เราได้ยินคำว่าไมโครเวฟจนชิน แต่คลื่น 5G อยู่ในช่วงพิเศษเรียกว่าคลื่นมิลลิเมตร (millimeter wave) ที่ส่งผ่านข้อมูลได้อย่างรวดเร็วนับเป็นกิกะบิตต่อวินาที (gigabits per second) พอกันกับความเร็วของการส่งข้อมูลใน CD กับ DVD 

อย่างไรก็ตาม ข้อด้อยของคลื่นมิลลิเมตรนี้มันก็มีอยู่บ้าง นั่นก็คือ มันส่งไปได้ไม่ไกล

5G ทำอะไรได้บ้าง ? 

ต้องถามกลับก่อนว่า ใครเคยได้ยินคำว่า “smart city” บ้าง 

ถ้า smart phone แปลว่ามือถืออัจฉริยะ เราก็อาจเรียก smart city ว่า “เมืองอัจฉริยะ”

และเมืองอัจฉริยะนี่แหละที่ต้องใช้ 5G เพื่อมาใช้ติดต่อกันหมดไม่ว่าจะเป็นบ้าน ที่ทำงาน รถราในท้องถนนหนทาง ดีไม่ดีไฟจราจรตามสี่แยกอาจไม่ต้องมีด้วยซ้ำ รถไร้คนขับจะติดต่อกันเองให้คันหนึ่งเร่งความเร็ว อีกคันรถลดความเร็ว และขับผ่านแยกนั้นไปได้โดยไม่จำเป็นต้องหยุด

และเมื่อเรากลับถึงบ้านก็แทบไม่ต้องแตะปุ่มเปิดไฟเปิดแอร์ปรับอุณหภูมิอะไรเลย เมืองอัจฉริยะก็จะมีอาคารอัจฉริยะ (smart building) ทุกอย่างปรับเองโดยอัตโนมัติ

5G ดีสำหรับอะไร มีปัญหาอะไรที่ต้องแก้ด้วยการใช้ 5G ? 

5G เหมาะกับข้อมูลที่ต้องมีการประมวลผล (processing data) หรือข้อมูลเกี่ยวกับการวัดค่า (sensor information) ข้อมูลทางกายภาพรอบตัวเรา รวมการประมวลผลทุกสิ่งทุกอย่างแล้วส่งคำสั่งไปยังอุปกรณ์ที่ต้องการ

5G จะช่วยแก้ปัญหาการเชื่อมต่ออย่างรวดเร็วไร้รอยสะดุด อย่างเช่นการดูวีดีโอต่อเนื่อง (streaming video) VR (virtual reality) หรือ AR (augmented reality) บนมือถือ

5G สามารถนำไปใช้ได้ในหลายวงการ เช่นการศึกษา การค้า การเดินทาง การทหาร สุขอนามัย และบันเทิง 

พูดถึงแต่ข้อดี แล้วข้อด้อยของ 5G มีไหม ?

ก็มีเรื่องความถี่นี่แหละที่อุตสาหกรรมการบินส่งเสียงเตือนมาว่า เสาส่งสัญญาณ 5G ที่อยู่ใกล้สนามบิน อาจจะก่อกวนระบบการนำร่องของเครื่องบินได้

5G เพิ่งจะเริ่มมายังไม่ทันไร การสื่อสารระบบถัดไปในอนาคตเริ่มก่อหวอดแล้ว คราวนี้ระบบเครือข่ายของอุปกรณ์หรือ IoT (Internet of Things) ก็จะกลายเป็น IoE (Internet of Everything) หรือระบบเครือข่ายของทุกสิ่งทุกอย่าง … คือ 6G ครับ

โลกหมุนเร็วอย่างไม่น่าเชื่อ !

วัชระ นูมหันต์

2024-07-14

รสไฟฟ้า

⭕️ ⭕️ ⭕️

สะกดไม่ผิดหรอกครับ เรื่องที่จะพูดคุยกันวันนี้ไม่ใช่รถไฟฟ้า (electric vehicle) แต่เป็นรสไฟฟ้า (electric taste) 

 มีคำถามที่ฝรั่งไม่อยู่สุข ซอกแซกถามกันว่า ไฟฟ้ามีรสชาติอย่างไร ไม่ได้หมายถึงถูกไฟฟ้าดูดแล้วรู้สึกอย่างไร แต่หมายถึงใช้ลิ้นแตะเลยทีเดียว 

เรื่องราวของรสไฟฟ้า กระตุ้นความอยากรู้ของผู้คนเกี่ยวเนื่องจากเรื่องช้อนไฟฟ้าที่บริษัท Kirin ของญี่ปุ่นทำออกมาขายเมื่อเดือนที่แล้ว 

บางคนยังงง ๆ กับกระแสไฟฟ้าทำให้ปุ่มรับรสสัมผัสถึงความเค็ม หวาน เปรี้ยว หรือรสต่าง ๆ กัน  ว่าทำได้อย่างไร 

ถึงแม้จะยังไม่รู้ซึ้งถึงรายละเอียดกัน แต่อย่างน้อยมีสองรสที่พอจะรู้ที่มา คือรสเค็ม ทางช่องทางการรับประจุโซเดียม (sodium channel) และรสเปรี้ยว ทางช่องทางการรับประจุไฮโดรเจน (hydrogen channel) แต่ที่ยังมึนกันอยู่คือรสหวาน อันเป็นรสที่โปรดปรานของหลาย ๆ คน รู้แต่ว่าถ้าเติมเกลือนิดหน่อยลงไป รสหวานกลับโดดเด่นขึ้นมา 

สามรสหลักเมื่อรวมกับอีกสองรสคือ รสไม่อร่อย หรือขม (bitter) กับรสอร่อย หรืออูมามิ (umami) อันเป็นจุดขายของผงชูรส ก็จะกลายเป็นห้ารสที่ลิ้นเราสัมผัสแล้วส่งสัญญาณไปสู่สมอง ที่สมัยโบราณบอกกล่าวกันต่อ ๆ กันมา ตั้งแต่ปี 1901 ที่ David P Hänig นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันเขียนเรื่องราวนี้ขึ้นมาเผยแพร่ จนมีผู้คนเชื่อกันไปมากมายว่าลิ้นแต่ละส่วนรับรสต่างกัน ปลายลิ้นรับรสหวาน ข้างลิ้นรับรสเปรี้ยวเค็ม และโคนลิ้นรับรสขม

ที่จริงต่อมรับรสก็กระจายอยู่ทั่วลิ้น ไม่ได้แยกโซนอย่างที่เชื่อกันมา

คนเราเป็นมนุษย์ไฟฟ้าโดยธรรมชาติ เพราะการสื่อสารของเส้นประสาทต่าง ๆ นั้นเป็นสัญญาณทางไฟฟ้าทั้งหมด เพียงแต่มีแรงดันต่ำมาก ในระดับไมโครโวลต์ หรือหนึ่งในล้านโวลต์ 

เรื่องไฟฟ้า เราจะคุ้นเคยในเรื่องแรงดัน กระแส และความต้านทาน แต่การรับรสนี้เป็นเรื่องของประจุมากกว่า เช่นกรณีรสเค็มของเกลือนั้น เกลือแกง (NaCl) เมื่อไปถูกน้ำลายในปาก จะแตกตัวเป็นประจุบวกของ Na+ และประจุลบของ Cl- ความพิเศษของเซลล์ที่เป็นต่อมรับรส (taste bud) จะมีช่องรับประจุบวก Na+ (sodium channel) แล้วส่งสัญญาณไฟฟ้าไปยังระบบประสาทเข้าสู่สมองให้รู้สึกว่าเค็ม

การรับประจุบวกแล้วรู้สึกเค็มนี้ แม้จะไม่ใช้โซเดียม แต่ใช้ประจุโปแตสเซียมหรือลิเทียม ก็รู้สึกเค็มเช่นกัน

นั่นจึงทำให้เกิดแนวความคิดทดลองในเรื่องของการใช้ประจุไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยไปกระตุ้นต่อมรับรส 

การที่ญี่ปุ่นเพิ่งจะมีช้อนไฟฟ้าออกมาขาย ไม่ได้หมายความว่าเรื่องนี้เป็นเรื่องใหม่ ทว่า มีการศึกษาวิจัยเรื่องนี้กันมานานแล้ว 

ช้อนไฟฟ้า เพิ่งทำออกมาขายเดือนที่แล้ว ตะเกียบไฟฟ้าเพิ่งได้รางวัลอิ๊กโนเบลเมื่อปีที่แล้ว แต่เรื่องที่นักวิจัยญี่ปุ่นสองท่าน (Hiromi Nakamura และ Homei Miyashita) ทำการวิจัยและเขียน paper จนได้รางวัลนี้ เขียนขึ้นเมื่อ 13 ปีมาแล้วครับ !

เรื่องที่นักวิจัยทั้งสองท่านร่วมกันทำวิจัยก็คือ “เพิ่มความกระปรี้กระเปร่าโดยใช้ไฟฟ้า” (Augmented gustation using electricity)

เรื่องนี้เผยแพร่ลงใน “International Conference on Adaptive Hypermedia and Adaptive Web-Based Systems” เมื่อวันที่ 13 มีนาคม 2011 เพียงสองวันหลังจากเกิดเหตุสึนามิใหญ่ถล่มโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมาในญี่ปุ่น (11 มีนาคม 2011) จึงถูกข่าวใหญ่นี้กลบหมด

Paper ฉบับนี้เสนอวิธีเพิ่มความกระปรี้กระเปร่า (อร่อยนั่นแหละ) เพิ่มรสชาติของอาหารและเครื่องดื่มโดยใช้ไฟฟ้า และศึกษาวิจัยโดยใช้เครื่องวัดต่าง ๆ

Abstract ของงานวิจัยนี้ (แปลโดยเอไอ) สรุปไว้ว่า …

“ในบทความนี้ เราขอเสนอวิธีการเพิ่มความกระปรี้กระเปร่าและเพิ่มจำนวนรสชาติที่รับรู้ได้ ลิ้มรสไฟฟ้าเป็นความรู้สึกที่เกิดจากการกระตุ้นลิ้นด้วยกระแสไฟฟ้า เราใช้ปรากฏการณ์นี้เพื่อถ่ายทอดข้อมูลที่มนุษย์ไม่สามารถรับรู้ได้ด้วยลิ้นของพวกเขา วิธีของเราเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนรสชาติของอาหารและเครื่องดื่มโดยใช้รสไฟฟ้า ประการแรก เราขอเสนอระบบเครื่องดื่มโดยใช้หลอดที่เชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้า ประการที่สอง เราขอเสนอระบบการรับประทานอาหารโดยใช้ส้อมหรือตะเกียบที่เชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้า ท้ายที่สุด เราจะหารือเกี่ยวกับการกระเพื่อมที่เพิ่มขึ้นโดยใช้เซ็นเซอร์ต่าง ๆ”

ผู้ที่สนใจสามารถซื้อผลวิจัยทั้งหมดได้โดยจ่ายเพียง $15.-

ใครอยากรู้รสไฟฟ้า อย่าได้หาเรื่องชิมจากไฟฟ้าตามบ้าน แรงดันตั้ง 220 โวลต์เชียวนะครับ ถึงแม้ตัวแรงดันอย่างเดียวจะทำอันตรายไม่ได้ แต่แรงดันที่สูงจะมีโอกาสทำให้เกิดกระแสไฟไหลอย่างมากมายถ้าความต้านทานไฟฟ้าต่ำ (I=V/R) และเราก็จะเกิดอันตรายจากกระแสสูงนั้น 

มีผู้พูดกันว่า ลองเอาลิ้นแตะขั้วถ่าน 9 โวลต์ดูจะได้ไหม แรงดันจะได้ต่ำหน่อย และขั้วบวกลบมันอยู่ใกล้กัน … 

อยู่ดีไม่ว่าดี - ความพิเรนทร์ของคนเรานี่ไร้ขอบเขตจริง ๆ 

วัชระ นูมหันต์

2024-07-07

 ช้อนไฟฟ้า

⭕️ ⭕️ ⭕️

เมื่อเดือนที่แล้วมีข่าวเล็ก ๆ แต่เป็นที่ฮือฮาเพราะสื่อหลักของโลกก็เล่นข่าวนี้ด้วยคือบีบีซีและรอยเตอร์ที่กล่าวถึงอุปกรณ์อย่างใหม่สำหรับผู้คน … “ช้อนไฟฟ้า”

เรามีอุปกรณ์ไฟฟ้าเพื่อความสะดวกสบายมากมายหลายอย่าง บางคนอาจจะดูเป็นของเล่น เช่นแปรงสีฟันไฟฟ้าที่เด็กขี้เกียจแปรงฟันเอง เอาแปรงสีฟันไฟฟ้าใส่ปาก จับถือไว้ให้แปรงมันสั่นแปรงให้เอง เด็กอาจจะชอบ แต่ผู้ใหญ่อาจจะบอกว่า แปรงเองก็ได้

ที่สั่น ๆ อีกอย่างที่คุณผู้ชายใช้กันคือที่โกนหนวดไฟฟ้า แต่แบบที่ใช้มอเตอร์หมุนก็มี

ยางลบดินสอที่เด็กจำเป็นต้องใช้เมื่อเขียนผิด ที่ญี่ปุ่นทำอุปกรณ์เครื่องเขียนน่าใช้คือยางลบไฟฟ้าเอามาให้เด็กฮือฮากัน แต่ก็ดูจะเกินความจำเป็นไปหน่อย และนี่ก็เป็นมอเตอร์หมุน

มอเตอร์หมุนอีกอย่างหนึ่งคือ คัตเตอร์ไฟฟ้าสำหรับตัดขอบซองจดหมายซึ่งดูจะเป็นของเล่นในสำนักงานไป แต่ก็ใช้การได้ดี 

ร่มไฟฟ้าก็เคยเห็น เป็นร่มที่มีพัดลมหมุนอยู่ข้างบน พัดพาเอาลมเป่าลงมาให้เย็น โดยใส่ถ่านที่ด้ามจับ

แล้ว “ช้อนไฟฟ้า” นี่มันสั่น, หมุน, ช่วยในการตักอาหาร หรือเอามาทำยังไง เป็นของเล่นใช่ไหม

ไม่ใช่ครับ ไม่ใช่ของเล่น ไม่สั่นไม่หมุน ไม่มีมอเตอร์มาขยับเขยื้อนกลไกอะไรทั้งสิ้น ดูเหมือนช้อนธรรมดามาก แต่ต้องใส่ถ่านด้วยแน่นอน ด้ามช้อนจึงอาจดูโตหน่อย โดยที่เราใช้ “ช้อนไฟฟ้า” นี้ตักอาหารกินตามธรรมดานี่แหละ

แถมยังมีประโยชน์ด้วย ไม่ใช่เป็นเพียงแค่ความสะดวกสบาย

“ช้อนไฟฟ้า” มีประโยชน์คือ … เป็น “ช้อนเพื่อสุขภาพ” ครับ

เรื่องนี้เกิดในญี่ปุ่น ซึ่งมีปัญหาเรื่องสุขภาพอย่างหนึ่งก็คือ การบริโภคเกลือมากเกินไป กระทรวงสาธารณสุขญี่ปุ่นให้ข้อมูลว่า ผู้ที่มีอายุ 20 ปีขึ้นไปบริโภคเกลือเฉลี่ยมากกว่า 10 กรัมต่อวัน เกินกว่ามาตรฐานขององค์การอนามัยโลก (World Health Organization) ที่กำหนดเพียง 5 กรัมต่อวัน ถึงสองเท่า 

คำถามตามมาก็คือ … แล้วมันเกี่ยวอะไรกับช้อน ? ตักเกลือมากเกินไปรึไง ? แล้วไฟฟ้ามายุ่งอะไรด้วย ?

มันเริ่มที่ตะเกียบก่อนครับ เพราะญี่ปุ่นใช้ตะเกียบมากกว่าช้อน จึงมี ”ตะเกียบไฟฟ้า” เกิดขึ้นมาก่อน “ช้อนไฟฟ้า”

ไปกันใหญ่ … ตะเกียบคีบเกลือไม่ได้ด้วย แล้วเอาไฟฟ้ามาทำอะไรให้ตะเกียบ

คำเฉลยก็คือ เรารู้สึกเค็มที่ลิ้นนั้นมาจากเกลือไปสัมผัสตุ่มรับรสที่ลิ้น ถ้าเรากระตุ้นตุ่มรับรสนั้นโดยไม่ต้องใช้เกลือ เราก็จะรู้สึกเค็มได้เหมือนกัน ทำให้สามารถบริโภคเกลือได้น้อยลง ดีต่อสุขภาพ โดยยังรู้สึกอร่อยได้เหมือนเดิม ไม่จืดชืด 

เมื่อปี 2021 บริษัท Kirin ของญี่ปุ่น เคยทำ survey พบว่า ผู้คนที่พยายามจำกัดปริมาณการบริโภคเกลือมักจะ complain ว่า อาหารจืดชืด ไม่อร่อย ไร้รสชาติ 

ศาสตราจารย์ Homei Miyashita แห่งมหาวิทยาลัย Meiji กับนักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่น จึงได้ร่วมกันทำวิจัยงานเล็ก ๆ ที่แปลก ๆ อย่างหนึ่งจนได้รับรางวัล Ig Nobel Nutrition prize เมื่อปีที่แล้ว (2023)

อิกโนเบล (Ig Nobel) เป็นรางวัลงานวิจัยสเกลเล็ก ๆ ที่บางครั้งนักวิจัยที่เครียดกับงานใหญ่หางานวิจัยอะไรเล็ก ๆ น้อย ๆ ทำเล่นหลังเลิกงาน จึงมักจะออกมาในแนวฮา แต่บางครั้งก็มีประโยชน์อย่างคาดไม่ถึง 

งานวิจัยที่ได้รางวัลในคราวนี้ของอาจารย์ Miyashita และทีมงานคืออุปกรณ์คล้ายตะเกียบที่ปรับเปลี่ยนการรับรสด้วยไฟฟ้า (chopsticks-like device to alter taste perceptions using an electric current)

ประเทศที่มีการใช้ตะเกียบ มีเพียงจีน (ตะเกียบไม้หรือพลาสติกยาวปลายทู่) เกาหลี (ตะเกียบโลหะ) และญี่ปุ่น (ตะเกียบไม้หรือพลาสติกสั้นปลายแหลมเรียว) อุปกรณ์การกินที่แพร่หลายไปทั่วโลกมากกว่าคือ ช้อน แถมยังสามารถทำด้ามให้ใหญ่ใส่แบตเตอรี่ได้ จึงมีการพัฒนาต่อยอดจากตะเกียบไฟฟ้าไปเป็นช้อนไฟฟ้า

ห้ารสชาติที่ลิ้นรับรู้ได้ทันทีที่ปลายลิ้นและข้างลิ้นคือ หวาน เค็ม เปรี้ยว ขม และเผ็ด แต่รสที่บ่งบอกถึงความอร่อยคือเค็ม แม้แต่ขนมหวาน ถ้าเจือเกลือลงไปเล็กน้อย ความหวานจะโดดเด่นขึ้นมาทันที

ช้อนไฟฟ้าที่ให้ความรู้สึกเค็มขึ้นโดยไม่ต้องเติมเกลือนี้จึงใช้ชื่อเรียกว่า "Electric Salt Spoon" บริษัทที่เป็นผู้ผลิตวางขายในญี่ปุ่นในราคา 19,800 yen ($126) คือ Kirin Holdings Co. วางขายตั้งแต่เดือนพฤษภาคมเป็นต้นมา แต่ยังขายภายในประเทศญี่ปุ่นก่อน ส่วนที่ต่างประเทศคงต้องรอปีหน้า

ใครที่อยากลองใช้เลยโดยไม่ต้องรอ อาจใช้วิธีสั่งซื้อ แต่ไม่ใช่ของญี่ปุ่น และไม่ใช่ของจีน แต่เป็นของอเมริกา

SpoonTEK เป็นแบรนด์เนมของช้อนไฟฟ้าที่ทำขายอยู่ที่นิวยอร์ก โดยใช้ ”ion sensory technology” เช่นเดียวกัน คือเป็นอุปกรณ์การกินที่รวมการใช้ไฟฟ้ากระตุ้น (electric stimulation) กับการใช้ลิ้นสัมผัส (tongue sensory) เข้าด้วยกัน

หมายความว่า SpoonTEK จะผลิตกระแสไฟฟ้าเพียงนิดหน่อยเพื่อกระตุ้นลิ้นและเปลี่ยนแปลงการรับรสให้ดีขึ้น

เราเพียงถือ SpoonTEK เพื่อตักอาหารกินตามปกติ นิ้วก็จะสัมผัสกับ electrode ที่ด้ามช้อน ส่วนอาหารก็จะสัมผัสกับ electrode ภายในช้อน เมื่อตักอาหารกิน ไฟ LED ที่ด้ามช้อนก็จะติด บ่งบอกว่า ระบบของ SpoonTEK กำลังทำงานเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าอย่างอ่อนผ่านเข้าไปในอาหารที่กำลังกิน เราอาจจะไม่รู้สึกอะไร แต่ตุ่มรับรสที่ลิ้นจะรู้ถึงความอร่อยที่เพิ่มขึ้นทันที

SpoonTEK จะดูแบบบางเหมือนช้อนธรรมดา เทียบกับของญี่ปุ่นมีด้ามช้อนซึ่งเป็นที่เก็บแบต ใหญ่กว่ามาก

บริษัท Kirin ที่ผลิตช้อนไฟฟ้าในญี่ปุ่น มีชื่อเสียงในด้านการผลิตเบียร์และเครื่องดื่ม ส่วน SpoonTEK ผลิตโดยตระกูล Davidov เถ้าแก่นักธุรกิจในนิวยอร์ก คือ Cameron Davidov ลูกของ Ken Davidov ผู้พ่อซึ่งเป็นนักประดิษฐ์มานานกว่า 35 ปี มีผลิตภัณฑ์กว่า 1 พันชนิด … ไม่ธรรมดา

เรามีเครื่องใช้ไม้สอยแบบธรรมดา แต่เมื่อเติมฟังก์ชั่นทางไฟฟ้าเข้าไปก็ดูน่าใช้มากยิ่งขึ้น ตั้งแต่ของเล็ก ๆ เช่นช้อนไฟฟ้าที่กำลังมีในตอนนี้ ตะเกียบไฟฟ้าที่ได้รางวัลอิ๊กโนเบลเมื่อปีที่แล้ว แปรงสีฟันไฟฟ้า ยางลบไฟฟ้า คัตเตอร์ไฟฟ้าสำหรับตัดขอบซองจดหมายอย่างสะดวกสบาย ที่โกนหนวดไฟฟ้า ปัตตาเลี่ยนไฟฟ้าสำหรับช่างตัดผม เครื่องนวดไฟฟ้า โซฟาไฟฟ้าปรับเอนนอนได้ จักรยานไฟฟ้าที่ดีกว่ามอเตอร์ไซค์เพราะปั่นได้ด้วย และขยายใหญ่ขึ้นไปจนถึงรถไฟฟ้าที่กำลังบูมจนอาจแทนที่รถน้ำมันได้ในอนาคต

แต่มีอุปกรณ์ไฟฟ้าอยู่อย่างเดียว ที่ไม่มีใครต้องการแน่นอน …

เก้าอี้ไฟฟ้า !

วัชระ นูมหันต์

2024-06-30

วิธีออกแบบวงจร

⭕️ ⭕️ ⭕️

เรื่องราวที่กล่าวถึงการแสดงตัวเลขที่ประกอบด้วยขีดทั้งเจ็ดในสัปดาห์ที่แล้ว มีเรื่องราวเบื้องหลังที่น่าทึ่งอยู่ไม่น้อย

คงจะยังจำกันได้ว่า การที่จะแสดงผลเป็นตัวเลขซึ่งประกอบด้วยขีดทั้งเจ็ด คือขีดนอนสามขีด บน-กลาง-ล่าง และขีดตั้งสี่ขีด บนซ้าย-บนขวา-ล่างซ้าย-ล่างขวา จำเป็นต้องมีการออกแบบวงจรตรรกะ (logic circuit) มาใช้งาน เพื่อให้ตัวเลขไบนารี่หรือเลขฐานสองในเครื่องแสดงค่าออกมาเป็นตัวเลขฐานสิบบนจอให้เราเห็นและเข้าใจได้ในทันที

ถ้าบอกว่าวงจรดังกล่าวใช้เปลี่ยนสี่สัญญาณต้นทาง (A B C D) ที่แทนเลข 0 ถึง 9 ออกมาเป็นเจ็ดสัญญาณปลายทาง (a b c d e f g) วงจรนั้นคือ

a = A+C+BD+B’D’

b = B’+C’D’+CD

c = B+C’+D

d = B’D’+CD’+BC’D+B’C+A

e = B’D’+CD’

f = A+C’D’+BC’+BD’

g = A+BC’+B’C+CD’

คงจะงงกันบ้างละว่า คิดมาได้ยังไง … มีรายละเอียดดังต่อไปนี้ครับ

ไฟฟ้าชอบเลขฐานสองคือ 0 กับ 1 หรือไบนารี่ เพราะเข้ากับธรรมชาติของมันคือปิดกับเปิด คณิตศาสตร์ที่ใช้แค่เลขสองตัวนี้เป็นพีชคณิตเลขฐานสองที่เรียกว่า “Boolean algebra” 

การรวมเลขไบนารี่สองจำนวนเข้าด้วยกัน ถ้าบวกกันจะเรียกว่า “OR” เพราะมีตัวใดตัวหนึ่งเป็น 1 ก็ใช้ได้แล้ว คือได้ผลลัพธ์เป็น 1 ส่วนถ้าคูณกันจะเรียกว่า “AND” คือต้องเป็น 1 ทั้งคู่ ผลลัพธ์จึงจะเป็น 1

ปลายทางตรงข้ามกับต้นทาง จะเรียกว่า “NOT” คือ ต้นทางเป็น 0 ปลายทางจะเป็น 1

ไฟฟ้ามีไฟกับไม่มีไฟ เหมือนสวิตช์เปิดปิด แทนด้วยเลข 1 กับ 0 เป็นตรรกะ (logic) ว่า จริงหรือเท็จ พีชคณิตเลขฐานสองจึงมีสิ่งที่ใช้กันมากคือ “ตารางเห่งความจริง” (truth table)

จึงมีการสร้างวงจรตรรกะ (logic circuit) เรียกว่า ลอจิกเกต (logic gate) ซึ่งมักจะใช้ทรานซิสเตอร์ให้ทำงานได้ตามต้องการ (ถ้าแปลยาว ๆ ว่า “ประตูสัญญาณตรรกะ” คงไม่มีใครเรียก)

ลอจิกเกตมีสามอย่างหลักคือ AND gate, OR gate และ NOT gate

AND หรือคูณ ใช้สัญลักษณ์ “x” หรือ “•” หรือเขียนติดกัน

OR หรือบวก ใช้สัญลักษณ์ “+” 

NOT หรือตรงข้าม ไฟฟ้ามีขั้วที่ตรงข้ามกับขั้วบวกคือขั้วลบ “-“ และเขาใช้ขีดลบไปไว้ข้างบนอักษร แต่แป้นพิมพ์มาตรฐานที่ใช้พิมพ์บทความนี้ไม่มีอักษรที่มี bar หรือขีดข้างบน จึงใช้ (‘) แทน

ถ้าต้นทางมี A กับ B ส่วนปลายทางผ่าน AND gate, OR gate หรือ NOT gate จะมี truth table เป็นดังนี้

A B | AB (AND gate)

————

0 0 |  0

0 1  |  0

1 0  |  0

1  1  |  1

A B | A+B (OR gate)

—————

0 0 |  0

0 1  |  1

1 0  |  1

1  1  |  1

A | A’ (NOT gate)

———

0  |  1

1   |  0

ต้นทาง ตัวเลข 0 ถึง 9 แปลงเป็นเลขฐานสอง ใช้สัญญาณ on (1) off (0) แค่สี่สัญญาณ (A B C D) เรียงตามลำดับดังนี้

A B C D 

—————

0 0 0 0 = 0 

0 0 0 1 = 1 

0 0 1 0 = 2 

0 0 1 1 = 3 

0 1 0 0 = 4

0 1 0 1 = 5

0 1 1 0 = 6

0 1 1 1 = 7

1 0 0 0 = 8

1 0 0 1 = 9

ส่วนที่เหลือไม่ได้ใช้ (ฝรั่งเรียก “don’t care” ) คือ

1 0 1 0 = X

1 0 1 1 = X 

1 1 0 0 = X 

1 1 0 1 = X 

1 1 1 0 = X 

1 1 1 1 = X 

ปลายทาง มีสวิตช์ 7 ตัว ปิดเปิด (0, 1) ตำแหน่งทั้งเจ็ดของขีดดังนี้

a : ขีดนอนบน

b : ขีดตั้งบนขวา

c : ขีดตั้งล่างขวา

d : ขีดนอนล่าง

e : ขีดตั้งล่างซ้าย

f : ขีดตั้งบนซ้าย

g : ขีดนอนกลาง

การแสดงผลให้อ่านเป็นเลข 0 ถึง 9 จึงต้องเปิดปิดสวิตซ์ทั้งเจ็ดดังนี้

เลข = a b c d e f g

—————————

0  =  1 1 1 1 1 1 0

1  =  0 1 1 0 0 0 0

2  = 1 1 0 1 1 0 1 

3  =  1 1 1 1 0 0 1

4  =  0 1 1 0 0 1 1 

5  =  1 0 1 1 0 1 1 

6  =  1 0 1 1 1 1 1 

7  =  1 1 1 0 0 0 0 

8  =  1 1 1 1 1 1 1 

9  =  1 1 1 1 0 1 1 

เมื่อรวมต้นทางปลายทางเข้าด้วยกันเป็น truth table ดังนี้

A B C D = a b c d e f g

———————————

0 0 0 0 = 1 1 1 1 1 1 0

0 0 0 1 = 0 1 1 0 0 0 0

0 0 1 0 = 1 1 0 1 1 0 1

0 0 1 1 = 1 1 1 1 0 0 1

0 1 0 0 = 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 = 1 0 1 1 0 1 1

0 1 1 0 = 1 0 1 1 1 1 1

0 1 1 1 = 1 1 1 0 0 0 0

1 0 0 0 = 1 1 1 1 1 1 1 

1 0 0 1 = 1 1 1 1 0 1 1 

นี่คือโจทย์ชวนปวดหัว ที่จะต้องหา logic gate ตรงกลาง เพื่อให้ค่าต้นทาง (A B C D) ที่ค่าต่าง ๆ (0000 ถึง 1001) เมื่อผ่านวงจรนี้แล้วจะได้ค่าปลายทาง (a b c d e f g) เป็นไปตาม truth table ข้างบนนั้น

ตัวอย่างเช่นบรรทัดแรก เมื่อสัญญาณต้นทาง (A B C D) เป็น 0 หมด (0000) อันหมายถึงเลขศูนย์ สัญญาณปลายทาง (a b c d e f g) จะต้องเป็น 1 หมดยกเว้น g ที่เป็น 0 อยู่ตัวเดียว เราจะได้เห็นการแสดงผลเป็นเลขศูนย์ เพราะขีดกลาง (g) ไม่ติด

ขณะเดียวกัน เมื่อไล่เรียงลงมาในแนวตั้ง ตัว c จะเป็น 1 หมดตั้งแต่ 0 (0000) ถึง 9 (1001) ยกเว้น 2 (0010) คือเลข 2 ไฟของขีดตัว c จะดับ ส่วนเลขอื่นไฟของขีดตัว c จะติดตลอด

การหาผลปลายทางเมื่อรู้ logic อันนี้ง่าย แต่การออกแบบ logic เพื่อให้ได้ผลตามที่ต้องการ อันนี้ไม่ง่าย

ตัวช่วยตัวหนึ่งคือ “Karnaugh map” 

Karnaugh map คิดขึ้นมาตั้งแต่ปี 1953 โดย Maurice Karnaugh ชาวอเมริกัน ผู้เป็นทั้งนักฟิสิกส์ นักคณิตศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ด้านคอมพิวเตอร์ และนักประดิษฐ์ (เพิ่งเสียชีวิตไปเมื่อ วันที่ 8 พฤศจิกายน 2022 นี่เอง อายุตั้ง 98 ปี) เพื่อใช้ออกแบบวงจรตัดต่อ (switching circuits) โดยการพัฒนาเอาความสามารถในการจดจำรูปแบบ (pattern-recognition) ของมนุษย์เรา ทำให้ลดการคำนวณอันยุ่งยากลงไปได้มาก 

Karnaugh map จะใช้ผลของพีชคณิตเลขฐานสอง (Boolean) จาก truth table เอามา ”เขียนเรียงลำดับใหม่” ลงในตาราง 4x4 

ความพิเศษก็คือการ “เรียงลำดับใหม่” นี่แหละ เพราะมันจะเปลี่ยนจาก binary code ธรรมดา เป็น binary Gray code

Binary ธรรมดาตัวที่อยู่ติดกันอาจจะมีการเปลี่ยนแปลงมากกว่าหนึ่งตัว เช่น 1 คือ 01 และ 2 คือ 10 คือเปลี่ยนถึงสองตัว

แต่ Gray code ตัวที่อยู่ติดกันจะเปลี่ยนแค่ตัวเดียว

การเรียงแบบไบนารี่ 

00 = 0

01 = 1

10 = 2

11 = 3

จะกลายเป็นการเรียงแบบ Gray code

00 = 0

01 = 1

11 = 3

10 = 2

เมื่อนำ input (A B C D) แยกเป็น 2 กลุ่ม AB กับ CD เป็นแกนตั้งกับแกนนอน (สองตัวแรกเป็น AB สองตัวหลังเป็น CD)

0000  0001  0011  0010

0100  0101  0111  0110

1100  1101  1111  1110

1000  1001 1011  1010

จะเหมือนกับ

0  1  3  2

4  5  7  6

X  X  X  X

8  9  X  X

การทำเช่นนี้จะเห็นว่า …

A เป็น 1 สองแนวนอนล่าง 

A’ เป็น 1 สองแนวนอนบน เพราะ A เป็น 0

B เป็น 1 สองแนวนอนกลาง

B’ เป็น 1 แนวนอนบนสุดกับล่างสุด เพราะ B เป็น 0

C เป็น 1 สองแนวตั้งขวา

C’ เป็น 1 สองแนวตั้งซ้าย เพราะ C เป็น 0

D เป็น 1 สองแนวตั้งกลาง

D’ เป็น 1 สองแนวตั้งริมซ้ายสุดกับขวาสุด เพราะ D เป็น 0

คราวนี้ก็ไล่เรียงไปทีละอัน เริ่มที่ a … ดูว่า a มีค่าเท่าไหร่ เมื่อ A B C D เปลี่ยนไป โดยดูจาก truth table ข้างบน นำมาเขียนใหม่เป็น ABxCD แบบตาราง 4x4 เหมือนกัน คือ …

1 0 1 1

0 1 1 1

X X X X

1 1 X X

ต่อไปก็เป็นการรวมพวกเพื่อให้ได้ 1 ครบทั้งหมดและไม่มี 0 ส่วน X จะมีในกลุ่มหรือไม่มีก็ได้ (don’t care) และการรวมพวกนี้ จะรวมเป็นคู่ คือ 1x2 ได้ 1x4 ได้ และ 2x2 ได้ 

ไม่มีการรวมพวกเป็นสาม คือ 1x3 หรือ 3x3 ไม่ได้

จะเห็นว่าสองแนวนอนล่างคือ

X X X X

1 1 X X

ได้พวกหนึ่งแล้ว นั่นคือ A

อีกพวกหนึ่งคือ สองแนวตั้งขวา

1 1

1 1

X X

X X

นั่นคือ C

อีกกลุ่มหนึ่งอยู่ตรงกลาง ถึงแม้จะมีบางตัวซ้ำที่ที่ถูกเลือกไปแล้วก็ไม่เป็นไร คือ

1 1

X X

กลุ่มนี้เกิดจากการตัดกันของสองแนวนอนกลาง (B) กับสองแนวตั้งกลาง (D) เราจึงได้มาอีกตัว คือ BD

ยังเหลือ 1 ที่ยังไม่ได้ถูกรวมพวกอีกตัวหนึ่งคือมุมบนซ้าย ซึ่งเป็นจุดตัดของ B’ กับ D’ จึงต้องเพิ่ม B’D’ มาอีกตัว เบ็ดเสร็จ logic gate ของ a ก็คือ

a = A+C+BD+B’D’

ตัวต่อไปคือ b ซึ่งเขียน ACxBD ใหม่ เป็น 4x4 ได้ดังนี้คือ

1 1 1 1

1 0 1 0

X X X X

1 1 X X

จะเห็นได้ว่า กลุ่มใหญ่ของ “1” ที่จะรวมพวกได้ก็คือ แนวนอนบนสุดกับล่างสุด หรือ B’ นั่นเอง 

ยังเหลือ 1 อีกสองตัว รวมกันไม่ได้เพราะมี 0 คั่นกลาง จึงต้องเป็นสองพวก ตัวซ้ายเกิดที่แถวร่วมของสองแนวตั้งซ้าย คือ C’ กับแนวตั้งริม คือ D’ ได้เป็น C’D’

ยังเหลืออีกตัวที่อยู่ทางขวา คือแนวร่วมระหว่างแนวตั้งขวา คือ C กับแนวตั้งกลาง คือ D จึงได้ CD มาอีกตัว

Logic gate ของ b จึงเป็น

b = B’+C’D’+CD

มาถึงตัว c ตัวง่ายสุดกันบ้าง เพราะ c เป็น 1 หมดทุกเลข ยกเว้นเลขสอง (0010) หน้าตาของ c ที่เกิดจาก ABxCD โดยเขียนเป็นตาราง 4x4 ก็คือ

1 1 1 0

1 1 1 1

X X X X

1 1 X X

การรวมพวกโดยหลบ 0 ที่อยู่มุมบนขวา จะได้สามกลุ่มง่าย ๆ คือ …

กลุ่มสองแนวนอนกลาง หรือ B

กลุ่มสองแนวตั้งซ้าย หรือ C’

และกลุ่มสองแนวตั้งกลาง หรือ D 

Logic gate ของ C จึงเป็น …

c = B+C’+D

ในทำนองเดียวกัน d ซึ่งมี truth table เป็น …

1 0 1 1

0 1 0 1

X X X X

1 1 X X

ถ้าทำเป็นแล้ว truth table ของ d นี้ก็จะมี logic gate เป็น …

d = B’D’+CD’+BC’D+B’C+A

Truth table ของ e คือ

1 0 0 1

0 0 0 1

X X X X

1 0 X X

Lgic gate ของ e คือ

e = B’D’+CD’

ส่วน f มี truth table และ logic gate คือ

1 0 0 0

1 1 0 1

X X X X

1 1 X X

f = A+C’D’+BC’+BD’

และสุดท้ายของ g

0 0 1 1

1 1 0 1

X X X X

1 1 X X

g = A+BC’+B’C+CD’

การออกแบบวงจรต้องอาศัยทักษะและความรู้ความเข้าใจพอสมควร ดังนั้น จะหาอุปกรณ์ไฟฟ้าอะไรมาใช้ก็ต้องเสียเงินซื้อกันบ้าง …

เป็นค่าวิชา เพราะเขาอุตส่าห์คิดอยู่ตั้งนานนี่ครับ

วัชระ นูมหันต์

2024-06-16

สมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทย (สมท.) ขอเชิญท่านสมาชิกและบุคคลทั่วไปเข้าร่วมประชุมใหญ่สามัญประจำปีและการสัมมนาวิชาการ ในงาน PROPAK ASIA 2024 ในวันที่ 13 มิถุนายน 2567 ณศูนย์นิทรรศการและการประชุมไบเทค บางนา (ขอแจ้งเปลี่ยนแปลงจากห้อง Nile 3 เดิมเป็นห้อง Nile 4 ชั้น 2 )

ข่าวประชาสัมพันธ์สมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทย

แบตโซลิดสเตท

⭕️ ⭕️ ⭕️

สมัยนี้ วิทยาการก้าวหน้ารวดเร็ว จนคำเทคนิคบางคำต้องใช้ทับศัพท์จึงจะเข้าใจกัน

เช่นคำว่า “solid-state battery” นี้ ให้เอไอแปล จะได้คำที่แปร่งหูว่า “แบตเตอรี่สถานะแข็ง”

แต่พอพูดว่า “แบตโซลิดสเตท” หลายคนก็เข้าใจได้ทันที และเรียกทับศัพท์กันไป โดยไม่ต้องพยายามจะแปลให้สับสนอีก

เช่นเดียวกับคำว่า “computer” ที่ในอดีตพยายามหาคำไทยมาเรียก ในเมื่อ “compute” แปลว่า “คำนวณ” ดังนั้น “computer” ก็ต้องแปลว่า “เครื่องคำนวณ” แต่ถ้าลองให้เอไอหาคำแปล “เครื่องคำนวณ” เอไอแปลว่า “calculator” ทว่า ลองให้เอไอแปล “calculator” กลับเป็นไทย จะได้คำแปลว่า “เครื่องคิดเลข” สับสนดี ปัจจุบัน ราชบัณฑิตยสถาน ได้บัญญัติศัพท์ คำว่า “Computer” เป็นภาษาไทยว่า “คณิตกรณ์” หรือใช้ทับศัพท์ว่า “คอมพิวเตอร์” พวกเราจึงนิยมทับศัพท์คำว่า “computer” เป็น “คอมพิวเตอร์” อย่างที่ใช้กันอยู่ทุกวันนี้ 

เรื่อง “แบตโซลิดสเตท” นี่ก็เหมือนกัน ที่เรียกทับศัพท์ ถ้าเรียกว่า “แบตสถานะแข็ง” หรือ “แบตแข็ง” คงจะงงกันว่า แบตอะไรกันที่ต้องบอกด้วยว่ามีสถานะแข็ง เราหยิบแบตขึ้นมาสักก้อน มันก็แข็งอยู่แล้วนี่

แบตทั่วไปมันแข็งแต่เปลือกหรือภาชนะบรรจุ กับขั้วบวกขั้วลบ ครับ ส่วนสิ่งที่คั่นกลางระหว่างขั้วบวกกับขั้วลบมักจะเป็นของเหลว บางทีก็มีลักษณะนิ่ม ๆ หยุ่น ๆ เหมือน เจล

สารคั่นกลางดังกล่าว เรียกว่า “อิเล็กโทรไลต์” (electrolyte) ซึ่งมีคุณลักษณะพิเศษที่สำคัญทำให้เกิดเป็นแบตเตอรี่ได้คือ ยอมให้ไอออนประจุบวกผ่านได้ แต่ไม่ยอมให้อิเล็กตรอนประจุลบผ่าน

สารสามอย่าง ที่ประกอบขึ้นเป็นแบตเตอรี่ คือ ขั้วบวก-อิเล็กโทรไลต์-ขั้วลบ ที่มีส่วนผสมของธาตุลิเทียมกันเป็นส่วนใหญ่อย่างที่รู้กัน

เมื่อเวลานำแบตไปใช้งาน ทั้งอิเล็กตรอนประจุลบ และไอออนประจุบวก ต่างก็วิ่งออกจากจุดสตาร์ทที่ขั้วลบเหมือนกัน และกลับไปเจอกันที่ขั้วบวกเหมือนกัน แต่ไปคนละเส้นทาง 

อิเล็กตรอนวิ่งข้างนอกแบต ผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆที่ต้องการจะให้ทำงาน เช่นหลอดไฟ หรือมอเตอร์ ส่วนไอออนจะวิ่งผ่านอิเล็กโทรไลต์ภายในแบต

เวลาชาร์จแบตก็กลับกัน คือวิ่งจากขั้วบวกกลับมาขั้วลบ แต่เส้นทางยังเหมือนเดิม คือ อิเล็กตรอนวิ่งอยู่นอกแบต และไอออนวิ่งผ่านอิเล็กโทรไลต์ภายในแบต

อิเล็กโทรไลต์ นี่เองที่มาคิดกันว่า จะเป็น “ของแข็ง” ได้ไหม แทนที่จะเป็นของเหลวเหมือนอย่างที่ทำกันทั่วไป เพื่อแก้ปัญหาเก่า ๆ เช่น การติดไฟได้ แรงดันจำกัด รอบการชาร์จไม่มากพอ หรือความแข็งแรงทนทาน เป็นต้น

แบตโซลิดสเตทนี้เพิ่งจะเริ่มเป็นที่สนใจเมื่อไม่นานมานี้เอง เมื่อรถไฟฟ้าเริ่มมาแรง และค่ายรถยักษ์ใหญ่ของญี่ปุ่นอย่างเช่นโตโยต้าหันมาสนใจเรื่องนี้อย่างจริงจัง ทั้ง ๆ ที่ ไมเคิล ฟาราเดย์ ค้นพบ อิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตท มาตั้งนานแล้ว (ปี 1834) คือ เงินซัลไฟด์ (Ag2S) และตะกั่วฟลูออไรด์ (PbF2) โดยเขาพบว่า ถ้าเขาทำให้มันร้อน ไอออนจะวิ่งผ่านได้ จึงมีการเรียกอาการนี้ว่า “Faraday transition”

ในช่วงปี 1970s-80s ได้ค้นพบกันว่า โครงสร้างที่เล็กจิ๋วระดับ นาโน (nanostructure) อาจมีผลต่อสภาพนำการไหลของไอออน (ionic conductivity) เลยมีการศึกษาเรื่องใหม่กันขึ้นมา เรียกว่า “nanoionics” และในปี 1973 มีรายงานว่า สภาพนำการไหลของไอออนในผลึกลิเทียมไอโอไดด์ (LiI) สามารถเพิ่มขึ้นถึง 50 เท่า ถ้าเติมผงละเอียด “alumina” เข้าไป (Ag- and Tl-halides doped with alumina nanoparticles) LiI จึงถูกนำไปใช้ในแบตเตอรี่สำหรับเครื่องกระตุ้นหัวใจเทียม (artificial pacemaker) กันอย่างแพร่หลาย

การค้นพบสารเพิ่มสถาพนำการไหลของไอออน (fast ionic conduction β -alumina) ในปี 1967 ทำให้มีบริษัทที่เข้ามาพัฒนาเรื่องนี้ในทันที คือ บริษัทฟอร์ด ในสหรัฐ และ NHK ในญี่ปุ่น

ในช่วงปี 1990s ห้องทดลอง Oak Ridge Natoonal Lab ได้พัฒนา อิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตท ที่ใช้สาร lithium–phosphorus oxynitride (LiPON) ซึ่งสามารถนำไปทำแบตลิเทียมไอออนชนิดบางเฉียบได้ แต่ราคายังสูงอยู่

ปี 2012 ทั้งโตโยต้าและโฟล์คสวาเก้น ต่างก็เข้ามาพัฒนาแบตโซลิดสเตทนี้ ในเวลาไล่เลี่ยกัน

ปี 2013 นักวิจัยแห่งมหาวิทยาลัย Colorado Boulder ได้พัฒนาแบตลิเทียมไอออนโซลิดสเตท โดยใช้ เหล็ก-กำมะถัน ที่ขั้วบวก เพื่อเพิ่มพลังงาน

ปี 2017 John Goodenough ผู้ร่วมประดิษฐ์แบตลิเทียมไอออน ได้เผยโฉมแบตโซลิดสเตทโดยใช้แก้วเป็นอิเล็กโทรไลต์ และใช้ ลิเทียม โซเดียม หรือโปแตสเซียม ที่ขั้วลบ

ปลายปี 2017 นี้เองที่ โตโยต้า ได้ขยายความเป็นหุ้นส่วนสิบปี กับบริษัทพานาโซนิค เพื่อที่จะร่วมมือกันในเรื่องการทำแบตโซลิดสเตท ที่โตโยต้าถือสิทธิบัตรในเรื่องนี้ไว้มากที่สุด ตามมาด้วย บีเอ็ม ฮอนด้า ฮุนได และนิสสัน

ในปึ 2018 ซัมซุงและฮุนได ได้สนับสนุนเงินทุน $20 ล้าน ในการเริ่มต้นตั้งสายการผลิตแบตลิเทียมโซลิดสเตท กำลังผลิต 10 เมกะวัตต์ชั่วโมงต่อปี ให้กับบริษัท Solid Power ซึ่งผันตัวออกมาจากมหาวิทยาลัย Colorado Boulder

ในปีเดียวกันนี้ (2018) บริษัท ซิงเต่า (Qing Tao) ก็เป็นบริษัทแรกของจีนที่เริ่มผลิต แบตโซลิดสเตท เช่นกัน

ต่อมาในปี 2020 QuantumSpace บริษัท startup ที่ผันตัวออกมาจากมหาวิทยาลัย Stanford เตรียมผลิตแบตลิเทียมโซลิดสเตท ขนาด 5 amp-hour ให้กับรถโฟล์คสวาเก้น

ฟอร์ด และ บีเอ็ม ไม่น้อยหน้า โดยได้เพิ่มการลงทุนให้บริษัท startup “Solid Power” จาก $130 ล้าน เป็น $540 ล้าน ในปี 2022

ในเดือนกันยายน 2021 โตโยต้าประกาศแผน จะใช้แบตโซลิดสเตทสำหรับรถไฮบริดในปี 2025

เดือนมกราคม 2022 บริษัท ProLogium ได้ลงนามในความร่วมมือทางเทคนิคกับบริษัท เมอร์ซีเดส-เบนซ์ สำหรับการพัฒนาและผลิตแบตโซลิดสเตท

เดือนกันยายน 2023 พานาโซนิคเปิดตัวแบตโซลิดสเตทสำหรับโดรน สามารถชาร์จจาก 10% ถึง 80% ได้ภายในสามนาที และรอบการชาร์จ หมื่นถึงแสนรอบ ที่ 25 °C คาดว่าจะออกสู่ตลาดได้ในราวปลายทศวรรษนี้ 

เดือนตุลาคม 2023 โตโยต้าประกาศความร่วมมือกับ Idemitsu Kosan ในการผลิตแบตโซลิดสเดท สำหรับรถอีวีในปี 2028

เดือนพฤศจิกายน 2023 บริษัท Guangzhou Automobile Group ในจีน ประกาศที่จะใช้แบตโซลิดสเตทสำหรับรถในปี 2025 ซึ่งเป็นแบตที่เก็บพลังงานได้ถึง 400 วัตต์ชั่วโมงต่อน้ำหนักหนึ่งกิโลกรัม

เดือนธันวาคม 2023 ฮุนไดได้ประกาศสิทธิบัตรของแบตโซลิดสเตทที่ควบคุมแรงกดดันได้คงที่เสมอไม่ว่าจะเป็นการชาร์จหรือใช้ (charging and discharging) รวมทั้งอุณหภูมิที่คงที่ด้วย

เดือนมกราคม 2024 เดือนที่แล้วนี่เอง โฟล์คสวาเก้นได้ประกาศผลการทดสอบแบตโซลิดสเตทต้นแบบ (prototype) ที่สามารถรักษาความจุได้ถึง 95% แม้จะใช้งานไป 500,000 กิโลเมตรแล้วก็ตาม

เรียกว่า มีพัฒนาการเดือนต่อเดือนกันเลยทีเดียว

สรุปโดยรวมแล้ว รถอีวีที่จะใช้แบตโซลิดสเตทนั้น ค่ายญี่ปุ่นน่าจะมาก่อนใคร โดยฮอนด้าจะเริ่มในปี 2024 โตโยต้า ปี 2027 และนิสสัน ปี 2028

แบตเตอรี่ มีพัฒนาการไปเรื่อยๆ ถ้าใครคิดจะรอให้แบตพัฒนาไปจนถึงจุดสูงสุดก่อนแล้วค่อยใช้รถไฟฟ้า คงจะรอกันอีกนาน ดังนั้น ถ้าต้องการใช้รถที่มีเทคโนโลยีใหม่ตลอดเวลา … เช่าขับ น่าจะเป็นทางเลือกอีกทางหนึ่งที่ดี !

วัชระ นูมหันต์

2024-02-18

ไฟฟ้าสถิต

⭕️ ⭕️ ⭕️

ไฟฟ้าสถิตคือ ความไม่สมดุลของประจุไฟฟ้าภายในหรือบนผิวของวัสดุ ประจุนี้จะยังคงอยู่จนกว่ามันจะออกไปได้โดยกระแสไฟฟ้าหรือการคายประจุ เราใช้คำว่า “ไฟฟ้าสถิต” (static electricity) ให้แตกต่างไปจาก “ไฟฟ้ากระแส” (current electricity) ที่ประจุไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำไฟฟ้า

ไฟฟ้าสถิตเกิดได้จากวัสดุสองสิ่งเสียดสีกันแล้วแยกออก ผู้คนส่วนมากจะคุ้นเคยกับผลของไฟฟ้าสถิตจากความรู้สึก หรือได้ยินเสียง บางครั้งอาจเห็นแสงได้ด้วยเมื่อเกิดการคายประจุ

วัตถุทั้งหลายประกอบไปด้วยอะตอมซึ่งปกติจะมีประจุเป็นกลางเพราะจำนวนประจุบวก (โปรตอน ที่ใจกลางอะตอม) และประจุลบ (อิเล็กตรอน ที่หุ้มอยู่โดยรอบ) มีจำนวนเท่ากัน เมื่อวัตถุสองอย่างสัมผัสกัน อิเล็กตรอนอาจจะเคลื่อนจากวัตถุหนึ่งไปอยู่กับอีกวัตถุหนึ่ง ทำให้วัตถุแรกมีประจุบวกและวัตถุหลังมีประจุลบในจำนวนที่เท่ากัน

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า “triboelectric effect” (tribo- เป็นภาษากรีก แปลว่า rub หรือถู)

ในสมัยโบราณ ก่อนหน้าที่มีคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ว่าเป็นประจุไฟฟ้าบวกและลบ มีคำเรียกชื่อแตกต่างกันไปมากมาย เนื่องจากไม่รู้ว่า มันคืออะไร บางครั้งมีการเข้าใจว่าเป็นเรื่องเร้นลับไปเสียด้วยซ้ำเมื่อสวมเสื้อคลุมบางตัวแล้วเกิดประกายไฟขึ้นมา

ผู้ที่เริ่มใช้คำอธิบายในเรื่องประจุบวกลบก็คือ เบนจามิน แฟรงคลิน ในราวปี 1747

ผลของไฟฟ้าจากการขัดถูนี้คาดการณ์ยาก เพราะไม่ได้ควบคุมรายละเอียดอีกหลายอย่าง นานหลายปีที่มีปรากฏการณ์ที่ไม่มีคำอธิบายให้เข้าใจได้ง่าย อย่างเช่นในปี 1910 Jaimeson สังเกตเห็นแท่งเซลลูโลสที่เอามาถูนั้นจะมีประจุบวกหรือลบ ขึ้นอยู่กับว่ามันถูกงอเข้า หรืองอออก ขณะที่ถู 

ในปี 1920 Richards ได้ชี้อีกประเด็นหนึ่งว่า ไม่ใช่เพียงแค่ใช้วัสดุอะไรในการนำมาถู แต่ความเร็วและมวลก็มีผล

มันดูว่าจะง่าย แต่มีความไม่แน่นอนสูงมาก สมมุติว่ามีวัตถุสามอย่าง เอ บี และซี เอามาถูกันแบบสามเส้าคือ เอเกิดประจุบวกเมื่อถูกับบี, บีเกิดประจุบวกเมื่อถูกับซี และแล้วซีก็เกิดประจุบวกเมื่อกลับมาถูกับเอ อธิบายกันไม่ถูก ใช้อนุกรมเชิงเส้น ((linear series) หรืออนุกรมวิธาน (cyclic series) ก็อธิบายไม่ได้

แถมบางครั้งบางกรณี ไม่ได้มีวัสดุต่างชนิดมาเสียดสีกันเลย แต่เป็นวัสดุอย่างเดียวกันมาแตะกันก็เกิดประจุได้ อันเป็นผลจากการหักงอในตัว บางคนจึงเรียกสนามไฟฟ้าชื่อประหลาดนี้ว่า ไฟฟ้าหักงอ (flexoelectricity)

วัสดุทุกอย่างมีประจุบวกที่แกนอะตอม มีการถ่วงดุลบางส่วนด้วยประจุลบจากกลุ่มก้อนของอิเล็กตรอนที่ห่อหุ้มอยู่ บางคนเรียกว่า “ทะเลอิเล็กตรอน” (sea of electrons) ดังนั้น วัสดุจึงมีประจุเฉลี่ยเหลือกลายเป็นบวกนิดหน่อย เรียกชื่อเป็นทางการว่า “mean inner potential” (MIP)

วัสดุแต่ละชนิดจะมีค่า MIP แตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับชนิดของอะตอม และขึ้นอยู่กับว่ามันอยู่ชิดหรือห่างกันแค่ไหน และที่ผิวนอกสุด อิเล็กตรอนก็อาจจะกระเด็นหลุดออกไปอีกบ้าง ทำให้ผิวสัมผัสของวัตถุกลายเป็นสารที่มีคุณสมบัติสองขั้ว (dipole) การเกิดภาวะสองขั้วและค่าเฉลี่ยที่เป็นบวกนี่เอง ที่เป็นรั้วกั้น (potential barrier) รักษาอิเล็กตรอนไว้ เรียกว่า “work function”

Work function นี้ก็มีมากน้อยไม่เท่ากัน หลักการของไฟฟ้าสถิตก็คือ อิเล็กตรอนจะออกไปจากวัตถุที่ work function น้อยกว่า ไปอยู่ที่ work function ที่มากกว่า และค่าความต่างศักย์ของสองวัตถุนี้ เรียกว่า “Volta potential”

คุณ Alicki และคุณ Jenkins ได้อธิบายอีกอย่างหนึ่งว่า อิเล็กตรอนในวัสดุสองชิ้นที่ขัดสีกัน จะมีความเร็วต่างกัน และกลศาสตร์ควันตัมทำให้อิเล็กตรอนจากวัตถุหนึ่งไปสู่อีกวัตถุหนึ่ง

ความชื้นก็เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ทำให้ลดการชาร์จของประจุลงเป็นสิบเท่าทีเดียวแม้ความชื้นจะเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยก็ตาม เพราะความชื้นอาจทำให้เกิด “สะพานน้ำ” (water bridge) ระหว่างวัสดุทั้งสอง ทำให้ไอออนมีการถ่ายเทได้

กรณีของเหลวและก๊าซ จะเกิดต่างจากของแข็งไปบ้าง เช่นกรณีที่เกิดฟ้าแลบฟ้าผ่า จะเกิดการแยกไฮโดรเจนไอออนที่เป็นประจุบวก กับไฮดรอกไซด์ไอออนที่เป็นประจุลบ ออกจากโมเลกุลน้ำ กล่าวคือ จะเป็นการถ่ายประจุไอออน แทนที่จะเป็นอิเล็กตรอน และความต่างศักย์ของประจุอาจจะสูงถึงหนึ่งหมื่นโวลต์ต่อเซนติเมตร (10 kV/cm)

การเสียดสีของวัตถุเกิดขึ้นทุกหนทุกแห่ง แม้แต่ในชีวิตประจำวันหากมีการเสียดสีกันของวัตถุสองอย่าง เช่นการเสียดสีกันระหว่างรองเท้ากับพื้นพรม และไม่ได้จำเพาะเจาะจงว่าจะต้องเป็นของแข็งกับของแข็งเท่านั้น แม้แต่ของเหลวหรือก๊าซก็เกิดได้ เช่นของเหลวที่ไหลในท่อ หรือเครื่องบินที่บินในอากาศ

อากาศที่เสียดสีเครื่องบินอาจทำให้เกิดประจุไฟฟ้าบนลำตัวที่อาจรบกวนระบบสื่อสารได้ บางทีจึงมีอุปกรณ์ถ่ายประจุทิ้งที่ปลายปีก (Static wicks, บางทีก็เรียก static dischargers หรือ static discharge wicks) เช่นเดียวกับใบพัดของเครื่องเฮลิคอปเตอร์ที่อาจมีไฟฟ้าสถิตสูงถึง 200 กิโลโวลต์

ของแข็งที่เล็กจนเป็นฝุ่น (powder) และไม่เป็นตัวนำไฟฟ้าก็อาจสร้างประจุไฟฟ้าขึ้นอย่างมากมายได้หากมีการเลื่อนไหลผ่านท่อ ถ้าไม่ควบคุมให้ดีอาจเกิดอุบัติเหตุได้จากการคายประจุทันที อย่างเช่นการระเบิดในโรงงานในประเทศฝรั่งเศส แคนาดา สหรัฐอเมริกา รวมทั้งโรงงานที่ผลิตสีในเมืองไทยเราด้วย

น้ำมันเป็นของเหลวที่เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ต่ำ เมื่อไหลผ่านท่ออย่างรวดเร็วอาจเกิดประจุขึ้นได้เช่นกัน ในการถ่ายเปลี่ยนน้ำมันหม้อแปลงตามโรงไฟฟ้าจึงต้องทำอย่างระมัดระวัง ไม่ให้เร็วเกินไป

สิ่งที่สำคัญอย่างหนึ่งเกี่ยวกับของไหลที่ไม่เป็นตัวนำไฟฟ้าคือ “static relaxation time” จึงต้องพยายามรักษาอัตราการไหลให้ช้าลง

มาตรฐานอังกฤษในการควบคุมความเร็วการไหลภายในท่อของสารไฮโดรคาร์บอนเช่นน้ำมันเชื้อเพลิงเพื่อป้องกันไฟฟ้าสถิต (The British standard BS PD CLC/TR 50404:2003 Code of Practice for Control of Undesirable Static Electricity prescribes pipe flow velocity limits) คือ ความเร็วในการไหลไม่ควรเกิน 1 เมตรต่อวินาที

แน่นอนว่า การเติมน้ำมันตามปั๊มก็ย่อมจะมีการเกิดไฟฟ้าสถิตขึ้นบ้างเช่นกัน

ปกติบ้านเราอากาศชื้น จะไม่ค่อยเกิด แต่ในห้องแอร์อย่างตามห้าง หรือแม้แต่ในรถ ย่อมมีโอกาสที่ร่างกายจะสะสมประจุไฟฟ้า เพราะเสื้อผ้าที่เป็นใยสังเคราะห์เสียดสีอยู่กับเบาะเป็นเวลานาน บางคนถึงกับสะดุ้งเมื่อจะเปิดประตูรถ

ในด้านความปลอดภัย กรณีที่รุนแรงมากบ้านเรายังไม่เคยได้ยิน แต่เคยเห็นคลิป ที่ต่างประเทศ ที่อากาศแห้งมากจนเกิด spark และไฟลุกขณะเติมน้ำมันจึงมีคำเตือนตอนเติมน้ำมันว่า เมื่อออกมาจากรถแล้ว ร่างกายคายประจุแล้ว ไม่ควรกลับเข้าไปนั่งในรถอีกขณะที่ยังเติมน้ำมันไม่เสร็จ เพราะจะเป็นการเข้าไปรับประจุใหม่ เมื่อออกมาจับหัวจ่ายจึงเกิดการ spark … ถึงจะไม่เคยเกิดในบ้านเรา แต่ระวังไว้หน่อยก็ดีครับ

วัชระ นูมหันต์

2024-02-25

ไฟฟ้าจากแสงแดด

⭕️ ⭕️ ⭕️

กำลังเป็นที่ฮือฮาในเรื่อง ไฟฟ้าจากแสงแดด ที่หลายคนเริ่มติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคาบ้านเพื่อผลิตไฟฟ้าใช้เองแบบไม่ง้อการไฟฟ้าฯ

คนที่ติดตั้ง คงรู้ว่า ผู้ร่วมแนวคิดเดียวกันมีไม่ใช่น้อย จากสถิติพลังงานทดแทนที่ติดตั้งในปี 2020 เพิ่มขึ้น 1.3% ต่อปี คือ 12,005 MW เป็นพลังแสงอาทิตย์ ถึงหนึ่งในสี่ คือ 2,979.4 MW

แต่เรายังห่างไกล 5 ประเทศใหญ่ที่ติดตั้งโซลาร์เซลล์มากที่สุด นั่นคือ …

อันดับห้า อินเดีย 39,211 MW

อันดับสี่ เยอรมนี 53,783 MW

อันดับสาม ญี่ปุ่น 67,000 MW

อันดับสอง สหรัฐฯ 75,572 MW

อันดับ หนึ่ง จีน 254,355 MW

รวมทั่วโลกมีการติดตั้งโซลาร์เซลล์ประมาณ 714,000 MW เมื่อสิ้นปี 2020

ไทยเราอยู่ในช่วงเพิ่งเริ่มต้นใช้โซลาร์เซลล์ ประกอบกับแผงโซลาร์เซลล์มีอายุการใช้งานเฉลี่ยนานถึงประมาณ 20 ปี กฎหมายบางอย่างจึงยังไม่ครอบคลุมถึง เช่น ร่างพระราชบัญญัติ (พ.ร.บ.) การจัดการซากผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ของกรมควบคุมมลพิษ กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างมาตรา เช่น …

- มาตรา 29 ห้ามมิให้ผู้ใดทิ้งหรือทำลายซากผลิตภัณฑ์ในที่สาธารณะที่รกร้างว่างเปล่าหรือทิ้งปนอยู่กับสิ่งปฏิกูลและมูลฝอยโดยต้องนำไปคืนที่ศูนย์รับคืนซากผลิตภัณฑ์

- มาตรา 32 การจัดตั้งศูนย์รับคืนซากผลิตภัณฑ์ให้ดำเนินการโดยราชการส่วนท้องถิ่น เอกชน ผู้ผลิต หรือผู้ผลิตร่วมกับผู้ผลิตรายอื่น หรือผู้จัดจำหน่ายผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ร่างกฎหมายดังกล่าวจะครอบคลุมแค่ผลิตภัณฑ์ 5 ประเภท ได้แก่ คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์/โทรศัพท์มือถือ เครื่องปรับอากาศ โทรทัศน์ และตู้เย็น แต่ในอนาคตอาจครอบคลุมถึงผลิตภัณฑ์แผงโซลาร์เซลล์ด้วย ซึ่งจะทำให้เกิดการจัดการแผงโซลาร์เซลล์ที่หมดอายุการใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพ

ต่อไป ไทยเราคงจะเอาจริงเรื่อง ไฟฟ้าจากแสงแดด

เมื่อพูดถึงไฟฟ้าจากแสงแดด ส่วนใหญ่เราจะนึกถึงแค่แผงโซลาร์เซลล์ ความจริง พลังงานในแสงแดดที่เราคุ้นมาแต่เล็กแต่น้อย คือความร้อน โดยในสมัยโบราณ ใช้แผงรับความร้อนจากแสงแดดบนหลังคา เพื่อทำน้ำอุ่นใช้อาบ

ลำพังความร้อนใช้แค่อาบน้ำนั้น ไม่เท่าไหร่ แต่ถ้าจะเปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้าเหมือนอย่างโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทั่วไปนั้น ต้องมากพอที่จะต้มน้ำให้เดือดเป็นไอได้ แล้วค่อยเอาไอน้ำนั้นมาปั่นกังหันไอน้ำอีกทีหนึ่ง

แสงแดดที่ส่องมาตามธรรมดา ได้แค่ทำให้น้ำอุ่น ไม่พอต้มน้ำให้เดือดได้แน่ ต้องใช้วิธีรวมแสง จากแผ่นสะท้อนแสงเต็มลานกว้าง ให้เข้ามาอยู่ในจุดเดียว ซึ่งบางทีจะทำเป็นหอสูง บางทีก็ทำเป็นรางพาราโบล่ายาวๆในแนวราบ โดยให้ท่อรับความร้อนอยู่ตรงจุด focal point พอดี อย่างนี้จะได้ความร้อนมากพอต้มน้ำปั่นไฟได้

และเนื่องจากแสงแดดไม่มีในตอนกลางคืน ต้องใช้สารรับความร้อนอย่างอื่นที่เก็บความร้อนได้สูงกว่าน้ำ แล้วค่อยมาถ่ายความร้อนต้มน้ำให้เดือดอีกที โรงไฟฟ้าประเภทนี้จึงจะสามารถผลิตไฟฟ้าได้ตลอดทั้งวันทั้งคืนโดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงอะไรเลย

โรงไฟฟ้าประเภทนี้เรียกว่า concentrated solar power ซึ่งยังมีอยู่ไม่มากนัก เนื่องจากต้องลงทุนสูง (นับถึงปี 2019 โรงไฟฟ้าพลังแสงแดด 97% ใช้แต่แผงโซลาร์เซลล์)

ไฟฟ้า เป็นเรื่องของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ถ้ามันวิ่งสะเปะสะปะ ไร้ทิศทาง เหมือนตอนเกิด ฟ้าแลบ ฟ้าผ่า อันนั้นใช้ทำประโยชน์อะไรไม่ได้ แต่ถ้าให้มันวิ่งเป็นที่เป็นทางในลวดตัวนำ ก็จะใช้ประโยชน์ได้ ไม่ว่าจะเป็นเรื่องแสงสว่าง หรือมอเตอร์ขับเคลื่อนสิ่งต่างๆ

และการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนั้น มีอย่างเดียวที่จะขับเคลื่อนมันได้ คือ แม่เหล็ก

แม่เหล็ก กับ ไฟฟ้า จึงเป็นของคู่กัน

เราใช้ไฟฟ้าสร้างแม่เหล็กได้ ขณะเดียวกันเราก็ใช้แม่เหล็กสร้างไฟฟ้าได้

เราเคยเรียนกันมาว่า อิเล็กตรอนที่อยู่ในลวดตัวนำ เมื่อเคลื่อนที่ตัดเส้นแรงแม่เหล็ก อิเล็กตรอนในตัวนำนั้นจะถูกดันไปข้างๆ กลายเป็นกระแสไหลในตัวนำนั้น อันเป็นหลักการของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั่วไป

แล้วโซลาร์เซลล์ มันสร้างไฟฟ้าได้อย่างไร ไม่เห็นสนามแม่เหล็กที่ไหนเลย

แสงแดดไงครับ ที่หลายคนคงทราบแล้วว่า มันคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic wave) ที่มีความถี่หลากหลายผสมกันมา ความถี่ยิ่งสูงยิ่งมีพลังงานสูง ทำให้อิเล็กตรอนวงรอบนอกได้รับพลังงานสูงขึ้นจนกระเด็นหลุดออกไป กลายเป็นไฟฟ้า

ลงทุนหน่อย แต่ใช้ได้นาน ผู้คนจึงเริ่มหันมาสนใจ จนทำให้การติดตั้งไฟฟ้าพลังแสงแดดมากขึ้นเป็นทวีคูณ (exponential) ประมาณการว่าเพิ่มเท่าตัวทุกๆสามปีเลยทีเดียว

ในปี 2022 ที่ผ่านมา การใช้ไฟฟ้าทั่วโลก เป็นไฟฟ้าจากแสงแดดมากถึง 4.5% เทียบกับ 1% ในปี 2015 ที่มีการลงนามสนธิสัญญากรุงปารีสเพื่อสะกัดภาวะโลกร้อน

ครึ่งหนึ่งของการติดตั้งไฟฟ้าจากแสงแดดในปี 2022 ดังกล่าว เป็นการติดตั้งบนหลังคา (rooftop) เนื่องจากไฟฟ้าจากแสงแดดต้องการใช้พื้นที่มาก ดังนั้นหลังคาจะเหมาะที่สุด

พื้นที่กว้างใหญ่ ที่ไม่ได้ใช้ทำอะไร เหมาะที่จะทำไฟฟ้าจากแสงแดดอีกอย่าง คือ พื้นที่อ่างเก็บน้ำ 

การไฟฟ้าฝ่ายผลิตฯ (กฟผ.) ก็ได้นำรูปแบบนี้มาใช้ในการผลิตไฟฟ้าจากแสงแดดบนทุ่นลอยน้ำ เป็นการผสมผสานการผลิตไฟฟ้าพลังสะอาดระหว่างพลังแสงอาทิตย์กับพลังน้ำ (Hydro-floating Solar Hybrid) จำนวน 16 โครงการทั่วประเทศ รวม 2,725 MW นำร่องโดยเขื่อนสิรินธร จังหวัดอุบลราชธานี ที่กลายเป็นโซลาร์เซลล์ลอยน้ำไฮบริดพลังน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลก เมื่อวันที่ 31 ตุลาคม 2564

นับถึงปีที่แล้ว (2565) กว่า 90% ของโซลาร์เซลล์ที่ขายกันอยู่ในท้องตลาด เป็นชนิดผลึกซิลิคอน (crystalline silicon) แต่นั่นเป็นเพียงหนึ่งในเทคโนโลยีหลากหลายราว 25 เทคโนโลยีของเซลล์แสงอาทิตย์ที่พยายามคิดค้นกันอยู่ในปัจจุบัน (เช่น Cadmium telluride, Copper indium gallium selenide, Gallium arsenide germanium, และ Perovskite เป็นต้น)

กำลังไฟฟ้าที่ได้จากแผงโซลาร์เซลล์จะขึ้นลงแปรปรวนไปตามความแรงของแสงอาทิตย์ และเป็นไฟกระแสตรง (DC) เพื่อความสะดวกในการใช้งานตามปกติจึงมักมีการแปลงไฟเป็นกระแสสลับ (AC) โดยใช้ inverter เพื่อปรับให้ได้แรงดัน ความถี่ และเฟส ตามต้องการ และทำให้สามารถต่อกับระบบไฟฟ้าของการไฟฟ้าฯตามปกติได้ด้วย ในการใช้งานพิเศษบางอย่างที่จำเป็นต้องใช้งานแม้เมื่อแสงแดดหมดไปแล้วก็มักจะใช้แบตเตอรี่ต่อพ่วงเพิ่มเข้ามา เช่น ดาวเทียม ประภาคาร หรือบริเวณที่ไม่มีไฟฟ้าใช้

แบตเตอรี่ที่ต่อพ่วงเข้ามา ปัจจุบันมีทั้งที่เป็น นิเกิล-แคดเมียม, ตะกั่วกรด, นิเกิลเมทัลไฮไดรด์ และ ลิเทียมไอออน ซึ่งคุ้นเคยกันดี คาดเดากันว่า แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนคงจะเข้ามาแทนที่แบตเตอรี่ตะกั่วกรดในเวลาอีกไม่นานเนื่องจากราคาถูกลงเรื่อยๆ อันเนื่องมาจากการผลิตในปริมาณมากๆ (economy of scale) อย่างเช่น Gigafactory ในรัฐเนวาดา ที่ผลิตแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนสำหรับรถไฟฟ้าเทสลาของ อีลอน มัสก์

ในทางกลับกัน รถไฟฟ้าที่ใช้ไฟบ้านในการชาร์จนี้ อาจจะเป็นแหล่งแบตเตอรี่ให้กับบ้านก็ได้ (vehicle-to-grid)

ดังนั้น บ้านที่มีแผงโซลาร์เซลล์ มีรถไฟฟ้าใช้ และยังไม่ได้ขับรถไปไหน กลางวันใช้ไฟฟ้าพลังแสงแดดเข้ามาในบ้านและชาร์จรถไฟฟ้า กลางคืนหากใช้ไฟจากรถไฟฟ้าเข้ามาในบ้าน ก็จะใช้ประโยชน์จากแผงโซลาร์เซลล์และแบตเตอรี่ในรถไฟฟ้าได้เต็มที่

ว่ากันตามจริง ดูเหมือนว่า เราได้พลังงานไฟฟ้ามาจากดวงอาทิตย์ทั้งนั้น ไม่ทางตรงก็ทางอ้อม ไล่เรียงดูจะเห็นว่า …

โดยตรงก็คือ โซลาร์เซลล์ใช้พลังงานจากแสงแดด และโรงไฟฟ้าพลังความร้อนแสงอาทิตย์ ใช้แสงอาทิตย์จากแผ่นสะท้อนแสงหลายๆแผ่นส่องรวมกันมาที่จุดๆเดียวเกิดเป็นความร้อนไปต้มน้ำกลายเป็นไอน้ำมาปั่นกังหันไอน้ำ

โดยอ้อมก็คือ ต้นไม้กลายเป็นเชื้อเพลิงโดยการที่แสงอาทิตย์ส่องมาโดนคลอโรฟิลล์ในใบไม้ รวมกับไฮโดรเจนจากน้ำในดินและคาร์บอนจากคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศกลายเป็นสารไฮโดรคาร์บอนซึ่งก็คือกิ่งก้านสาขาของต้นไม้ที่เจริญเติบโตขึ้น รวมกันมากๆเข้าเป็น เป็นเชื้อเพลิงให้โรงไฟฟ้าไบโอแมส ถ้าอ้อมไกลหน่อย ก็คือสัตว์มากินพืช แล้วทั้งซากพืชซากสัตว์ตายลง เมื่อทับถมกันนาน กลายเป็นฟอสซิล ทำให้เกิดถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติใต้ดินให้คนขุดขึ้นมาเผาเป็นเชื้อเพลิงโรงไฟฟ้าพลังความร้อน

แม้แต่โรงไฟฟ้าพลังน้ำและพลังลม (renewable) ที่เป็นพลังงานที่ใช้กันไม่หมดตราบใดที่ยังมีแสงอาทิตย์ ก็เป็นพลังงานทางอ้อมจากดวงอาทิตย์เหมือนกัน เพราะถ้าปราศจากดวงอาทิตย์ ฝนก็คงไม่ตก ลมก็คงไม่พัด

แต่มีพลังงานไฟฟ้าอยู่สองอย่าง ที่ไม่ได้มาจากดวงอาทิตย์ เพราะเป็นของโลกเราเอง เนื่องจากโลกเราไม่ใช่ชิ้นส่วนที่หลุดกระเด็นมาจากดวงอาทิตย์ แต่เป็นซากดาวจากการระเบิดของซูเปอร์โนวาในอดีต พกพาเอาความร้อนและโลหะหนักติดมาด้วย จนมาเจอดวงอาทิตย์ ที่เป็นดาวฤกษ์เกิดใหม่ โลกจึงกลายมาเป็นดาวบริวารของดวงอาทิตย์

โรงไฟฟ้าที่ไม่ได้อาศัยพลังงานจากดวงอาทิตย์ สองอย่างนั้นก็คือ โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ (geothermal) และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ที่ใช้แร่ยูเรเนียมภายในโลกของเรา นั่นเอง

วัชระ นูมหันต์

2023-12-17

สมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทย ขอเชิญเข้าร่วมสัมมนาวิชาการในงาน METALEX 2023

สมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทย(สมท.) ขอเชิญทุกท่านเข้าร่วมสัมมนาวิชาการในวันที่ 8 กันยายน 2566 นี้ โดยลงทะเบียนสแกน QR Code โบรชั่วร์ตามด้านล่างนี้

 สมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทย (สมท.) ขอเรียนเชิญท่านสมาชิกสมาคมฯทุกท่าน เข้าร่วมประชุมใหญ่สามัญประจำปี 2565 และร่วมการสัมมนาวิชาการในวันที่ 8 กันยายน 2566 ลงทะเบียนสแกน QR Code ได้เลยค่ะตามด้านล่างนี้

 ทำเนียบคณะกรรมการสมาคมมาตรวิทยาแห่งประเทศไทยชุดปัจจุบัน ปี 2566 - 2568

 ดาวโหลดได้ที่นี้ ใบสมัครและใบต่ออายุสมาชิก สมท_.pdf