แมคาทรอนิกส์

1 บทนำเข้าสู่แมคาทรอนิกส์

วิดีโอแมคาทรอนิกส์

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

      แมคาทรอนิกส์ (Mechatronics) เป็นกระบวนการวิวัฒนาการของการออกแบบทางวิศวกรรมสมัยใหม่ จากการพัฒนาของคอมพิวเตอร์ และไมโครคอมพิวเตอร์, การฝังคอมพิวเตอร์ลงไป ที่เรียกว่า คอมพิวเตอร์ฝังตัว (Embedded computer) และการเชื่อมโยงกันของเทคโนโลยีสารสนเทศ (Information Technologies: IT) และซอฟแวร์ประยุกต์ จนเกิดเป็นการทำงานแมคาทรอนิกส์

      นับจากตอนปลายของศตวรรษที่ 20 ที่เป็นจุดเริ่มต้น จนก้าวล่วงมาถึงศตวรรษที่ 21 ที่มาพร้อมกับการผสมผสานกันของระบบทางกล-ชีวะ-ไฟฟ้า, พลังงาน, คอมพิวเตอร์, ระบบเทคโนโลยีนาโน (Nanotechnology) และเทคโนโลยีพิโค (Pico-) และยังมีการพัฒนาอื่น ๆ อีกที่เหนือความคาดหมาย อนาคตของแมคาทรอนิกส์ยังคงมีการดำเนินไปอย่างเต็มศักยภาพ

รูปมือหุ่นยนต์

รูปแขนกลอุตสาหกรรม

1.1 คำนิยามพื้นฐาน

      คำนิยามของแมคาทรอนิกส์มีวิวัฒนาการเริ่มต้นโดย บริษัท ยาสะคาวาอิเล็กทริก (Yaskawa electric company) ในการใช้เครื่องหมายการค้า ยาสะคาวาให้คำนิยามเกี่ยวกับแมคาทรอนิกส์ดังนี้:

แมคาทรอนิกส์เป็นการผสมคำกันของ แมคา (Mecha) มาจากคำว่ากลไก (Mechanism) และทรอนิกส์ (Tronics) มาจากคำว่าอิเล็กทรอนิกส์ (Electronics) และเป็นการผสมผสานการทำงานระหว่างอิเล็กทรอนิกส์ และกลไก 

      คำนิยามของแมคาทรอนิกส์ มีมาอย่างต่อเนื่องตราบใดที่ยังมีวิวัฒนาการ โดยหลังจากยาสะคาวาที่เป็นผู้ให้คำนิยามเริ่มต้นแล้ว แล้วก็ยังมี ฮาราชิมา (Harashima), โทมิซูคา (Tomizuka) และฟูคาดา (Fukada) ในปี พ.ศ. 2539 ดังนั้นคำว่าแมคาทรอนิกส์มีคำนิยามโดยรวม ๆ กันดังนี้:

“คือการผนวกรวมกันของวิศวกรรมเครื่องกล กับอิเล็กทรอนิกส์  อีกทั้งมีการควบคุมคอมพิวเตอร์ โดยมีการออกแบบอย่างชาญฉลาด และการผลิตในกระบวนการผลิตงานในทางอุตสาหกรรม”

ในปีเดียวกันยังคำนิยามอื่น  ๆ ให้คำนิยามโดย ออสแลนเดอร์ (Auslander) และเคมพ์ (Kempf):

“แมคาทรอนิกส์คือ การทำงานของระบบที่มีความซับซ้อน ก่อให้เกิดการทำงานของระบบทางกายภาพ”

ยังมีคนอื่น ๆ อีกเนื่องจาก เซตตี้ (Shetty)  และโคลค (Kolk) เกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2540

“แมคาทรอนิกส์เป็นการออกแบบเพื่อการใช้งานอย่างเหมาะสมของเครื่องกลไฟฟ้า”

อีกทั้ง ไม่นานมานี้ ดับเบิลยู . โบลตัน (W. Bolton):

“ระบบแมคาทรอนิกส์ เป็นการทำงานที่ผสมผสานกันของระบบไฟฟ้า, ระบบกลไก และระบบควบคุม จนประสบความสำเร็จ เมื่อรวมทั้งสามอย่างเข้าด้วยกันแล้วสามารถทำงานได้”

คำนิยามทั้งหมดที่เกี่ยวกับแมคาทรอนิกส์ให้ความรู้ ทางความคิดแตกต่างกันไป เมื่อนำแนวคิดทั้งหมดมารวมกันก็จะครอบคลุมเกี่ยวกับวิชาสาขาแมคาทรอนิกส์ มีการพัฒนาหลักสูตรการศึกษาอย่างต่อเนื่องเพื่อให้เกิดความทันสมัยต่อสาขาวิชานี้อยู่เสมอ

      ไม่กี่สิบปีที่ผ่านมา วิศวกรภาคปฏิบัติชั้นแนวหน้าของการออกแบบทางวิศวกรรม ได้รวบระบบกลไก, ไฟฟ้า และคอมพิวเตอร์ รวมกันเป็นหนึ่งเพื่อการนำมาใช้งาน แต่ยังไม่ถูกเรียกขานไปในแนวทางเดียวกัน

      คำว่าแมคาทรอนิกส์ เป็นคำสมัยใหม่ที่เกิดขึ้นมาไม่นาน เพื่อนำมาใช้ในการออกแบบทางวิศวกรรมโดยมีระบบทั้งสามที่กล่าวมารวมอยู่ด้วย แต่ยังไม่ได้เรียกเป็นชื่อเดียวกันในแมคาทรอนิกส์ ซึ่งคำนี้เป็นคำสมัยใหม่ที่เกิดขึ้นมาไม่นาน เพื่อนำมาใช้ในการออกแบบทางวิศวกรรมโดยมีระบบทั้งสามที่กล่าวมารวมอยู่ด้วย แยกออกมาเป็นสาขาเฉพาะทางอีกสาขาหนึ่งทางวิศวกรรมศาสตร์    

      การศึกษาเกี่ยวกับแมคาทรอนิกส์จะทำความเข้าใจ และอธิบายกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรม เพื่อที่จะกำหนด, จัดกลุ่ม, จัดระบบ และการรวมเข้าด้วยกัน เพื่อการออกแบบงานที่สอดคล้องกับสาขาที่นำไปใช้งาน ซึ่งทำให้มีรากฐานที่มีความแตกต่างกันระหว่างวิศวกรรมเครื่องกล, ไฟฟ้า, อวกาศยาน, เคมี, โยธา และคอมพิวเตอร์ 

      ในช่วงปี พ.ศ. 2523 การปฏิบัติทางวิศวกรรมสมัยใหม่ เริ่มมีการใช้ไมโครโปรเซสเซอร์เข้ามา

รูปไมโครโปรเซสเซอร์

ทำให้ต้นทุนในการสร้างมีการเปลี่ยนแปลงไปในทางที่ลดลง ในการออกแบบทางวิศวกรรมจะเกิดผลิตภัณฑ์ใหม่ ๆ ขึ้นมา และมักจะมีการพัฒนาอยู่เสมอ มีการผนวกนำเอาศาสตร์ทางด้านวิศวกรรมศาสตร์, วิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ และวิทยาศาสตร์ธรรมชาติเพิ่มเข้ามา จนเกิดการพัฒนารูปแบบใหม่ ๆ

      อีกทั้งยังมีการออกแบบแมคาทรอนิกส์ที่นำเอา ระบบเทคโนโลยีสารสนเทศ, การสื่อสารไร้สาย, การออกแบบเซ็นเซอร์ตรวจจับอย่างอัจฉริยะถูกนำมาใช้ เป็นไปได้โดยการใช้เทคโนโลยีระบบกลอิเล็กจิ๋ว (MicroElectroMechanical System: MEMS)

รูปแมลงหุ่นยนต์โดยการใช้ระบบกลอิเล็กจิ๋ว

วิดีโอเมมส์

และวิศวกรรมระบบสมองกลฝังตัว (Embedded systems engineering)

รูประบบสมองกลฝังตัว

วิดีโอระบบสมองกลฝังตัวที่นำไปใช้ในทางทหาร

 ทำให้การออกแบบทางวิศวกรรม เป็นสิ่งที่ถูกวิวัฒนาการ และมีการพัฒนาไปอย่างต่อเนื่อง ในยุคต้นของศตวรรษที่ 21

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“การทำบุญไม่ต้องรอตอนแก่
เพราะไม่แน่ว่าจะได้อยู่จนแก่หรือไม่
เพราะบางคนแก่แล้ว ยังไม่ได้ทำบุญก็มี”