งานวิจัยผลึกเหลว หรือ Liquid Crystal ของไทย ภายใต้ความร่วมมือกับองค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ หรือ NASA กำลังจะออกเดินทางขึ้นไปทดลองโดยนักบินอวกาศบนสถานีอวกาศนานาชาติในปลายปีนี้
แม้ว่าชื่อ NASA อาจเป็นที่รู้จักโดยแพร่หลาย และมักถูกนำไปใช้อ้างถึงในภาคส่วนต่างๆ อยู่บ่อยครั้ง แต่สำหรับงานวิจัย ‘Thailand Liquid Crystals in Space (TLC)’ นี่คือครั้งแรกที่ NASA ได้ลงนามความร่วมมือด้านการทดลองกับประเทศในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ และมีนักวิจัยมาร่วมทำงานกับทีมของไทยอย่างจริงจัง
ทำไม NASA ถึงสนใจงานวิจัยด้านผลึกเหลว? Liquid Crystal คืออะไร เกี่ยวข้องกับด้านอวกาศอย่างไรบ้าง? และงานของทีมวิจัยไทยไปถึงอวกาศได้อย่างไร? THE STANDARD ชวนพูดคุยกับ รศ.ดร.ณัฐพร ฉัตรแถม หนึ่งในหัวหน้าทีมวิจัย และอาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ถึงเรื่องราวเบื้องหลังงานวิจัยระดับดวงดาวนี้
ทำไมต้องผลึกเหลว?
เมื่อพูดถึงงานด้านการสำรวจอวกาศ ภาพจำที่ค่อนข้างโดดเด่นย่อมไม่พ้นการส่งมนุษย์เดินทางไปนอกโลก หรือยานอวกาศออกปฏิบัติภารกิจ ณ เป้าหมายต่างๆ ในระบบสุริยะของเรา แต่แท้จริงแล้ว ยังมีงานวิจัยอีกมากมายในเบื้องหลังที่อาจไม่ค่อยปรากฏบนหน้าสื่อมากนัก
หนึ่งในนั้นคืองานวิจัย OASIS หรือย่อมาจาก The Observation and Analysis of Smectic Islands In Space ที่เคยเดินทางขึ้นไปทดสอบบนสถานีอวกาศนานาชาติมาแล้วในปี 2015
รศ.ดร.ณัฐพร ระบุว่า “โปรเจกต์ดังกล่าวเป็นงานของ ศ.ดร.โนเอล คลาร์ก ผู้เป็นที่ปรึกษาระหว่างกำลังศึกษาต่อในระดับปริญญาเอก และทำให้ได้โอกาสเป็นส่วนหนึ่งของโครงการนี้
“ตอนนั้นได้ขึ้นไปทดสอบบนเครื่องบินในสภาวะไร้น้ำหนัก โดยเป็นงานที่ได้รับงบประมาณจาก NASA และมีความร่วมมือกับ DLR ที่เยอรมนี กับ ROSCOSMOS ของรัสเซีย ซึ่งเป็นโปรเจกต์แรกที่ NASA ได้ทำงานกับรัสเซียด้วย”
สำหรับผลึกเหลว หรือ Liquid Crystal คือสารที่อยู่ระหว่างของแข็งกับของเหลว สามารถจัดเรียงโมเลกุลเป็นระเบียบในบางทิศทางได้เหมือนของแข็ง และไหลตัวไปได้ในบางทิศทางคล้ายของเหลว ซึ่งเป็นคุณสมบัติจำเพาะของสสารบางชนิดเท่านั้น
ผลึกเหลวสามารถแบ่งได้เป็นชนิดเทอร์โมทรอปิก (Thermotropic) ที่เกิดจากการให้ความร้อน ซึ่งแยกย่อยได้เป็นแบบเนมาติก (Nematic) และสเมติก (Smetic) กับชนิดไลโอทรอปิก (Lyotropic) จากการผสมสารบางชนิดลงในตัวทำละลายที่มีขั้ว
หนึ่งในนวัตกรรมที่มาจาก Liquid Crystal คือหน้าจอ LCD ที่อยู่ในหน้าจออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมาก ซึ่งอาศัยคุณสมบัติการจัดตัวเป็นเกลียวเมื่อได้รับแรงดันไฟฟ้า ทำให้แต่ละพิกเซลแสดงผลออกมาตามที่ควรจะเป็นได้ เช่นเดียวกับการนำผลึกเหลวไปใช้ในหน้าต่างเครื่องบินบางรุ่น ซึ่งมี Crystal ที่แขวนลอยอยู่บนของเหลวอีกทีหนึ่ง ทำให้มีความทนต่อสภาพบรรยากาศได้
กลับมาที่งานวิจัยโครงการ OASIS รศ.ดร.ณัฐพร เล่าว่า “งานวิจัยดังกล่าวต้องการศึกษาพฤติกรรมของผลึกเหลวในอวกาศ เมื่อต้องอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักบนสถานีอวกาศ ว่าจะเหมือนหรือแตกต่างกับบนโลกหรือไม่” โดย รศ.ดร.ณัฐพร ได้เป็นหนึ่งในทีมที่นำการทดลองไปวิจัยบนเที่ยวบินจำลองสภาวะไร้น้ำหนัก ก่อนส่งตัวงานขึ้นไปทดสอบจริงในอวกาศ
“อาจารย์ได้ขึ้นบินทำการทดลองในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงทั้งหมด 30 รอบ ก็ค่อนข้างสาหัสมากเลย” อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ เล่าถึงประสบการณ์ดังกล่าวพร้อมกับเสียงหัวเราะ
งานวิจัยไทยไปถึง NASA
งานวิจัย Thailand Liquid Crystals in Space จะได้รับการขนส่งขึ้นไปทดลองบนสถานีอวกาศนานาชาติ หรือ ISS ภายใต้การรับผิดชอบของ NASA และจะถูกทดลองโดยนักบินอวกาศของ NASA ซึ่งไม่ใช่เรื่องที่เกิดขึ้นได้บ่อยนัก แม้แต่งานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันเองก็ตาม
คำถามคือ ทำไมงานวิจัยผลึกเหลวของไทยสามารถผ่านด่านหินต่างๆ ของ NASA ไปได้ และทำไมพวกเขาถึงมาสนใจงานด้าน Liquid Crystal กัน?
รศ.ดร.ณัฐพร อธิบายเรื่องราวเบื้องหลังแบบคร่าวๆ ว่า “เพราะเมื่อผลึกเหลวไปอยู่ในอวกาศ มันเปลี่ยนรูปร่างได้ และมีคุณสมบัติที่เปลี่ยนไปเยอะมาก สิ่งนี้เลยทำให้ NASA ค่อนข้างสนใจในงานวิจัยด้าน Liquid Crystal
“โจทย์การทดสอบที่เราต้องตีให้แตก คือการทดลองบนอวกาศจะต่างจากบนโลกอย่างไร ถ้าไม่ต่างกัน เขา (NASA) จะถามเราแรงมากว่า “แล้วคุณจะส่งขึ้นไปทำไม?” จึงเป็นที่มาว่าทำไมเราถึงศึกษาประเด็นนี้”
งานวิจัย Thailand Liquid Crystals in Space จะแตกต่างจากการทดลอง OASIS ด้วยการเปลี่ยนจากฟองอากาศ (Bubble) เป็นฟิล์มของผลึกเหลว ซึ่งคณะวิจัยของ รศ.ดร.ณัฐพร ต้องการศึกษาจุดพร่อง (Defect) ในโครงสร้างของ Liquid Crystal จากการเปลี่ยนแปลงของความร้อนในฟิล์มบางแบบฉับพลัน ระหว่างไปทดลองอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักบนสถานีอวกาศนานาชาติ
รศ.ดร.ณัฐพร เล่าให้ฟังว่า บนโลกของเรา จุดพร่องในโครงสร้างของผลึกเหลวสามารถเกิดได้จาก Heat Flux หรือเมื่อด้านบนของฟิล์มผลึกเหลวร้อนกว่าด้านล่าง เนื่องจากอากาศเย็นที่หนักกว่าทำให้อากาศร้อนจะลอยตัวสูงขึ้น แต่งานวิจัยนี้ต้องการทดลองว่าในสภาวะไรน้ำหนักบนสถานีอวกาศนานาชาติที่จะไม่มีความแตกต่างในด้านอุณหภูมิเหมือนกับบนพื้นโลก อาจทำให้ Liquid Crystal ไม่เกิดจุดพร่องขึ้นมาได้
“ไอเดียของงานนี้ คือสมมติในกรณีที่เรามีการผลิตหน้าจอ LCD บนอวกาศ อาจได้หน้าจอที่ไม่เกิดจุดพร่อง ซึ่งช่วยประหยัดพลังงานได้เป็นอย่างมาก ทั้งนี้ ไม่ได้แปลว่าหน้าจอผลึกเหลวทุกชิ้นต้องถูกส่งขึ้นไปตั้งโรงงานบนอวกาศ แต่เราอาจทำสภาวะไร้น้ำหนักบนโลก เพื่อช่วยให้เกิดการผลิตหน้าจอที่ใช้พลังงานน้อยมาก และมีความยั่งยืนยิ่งขึ้น”
หากพิจารณาแค่รายละเอียด งานวิจัย Thailand Liquid Crystals in Space เป็นประเด็นน่าสนใจที่มีโอกาสนำไปต่อยอด ทั้งการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อใช้กับการสำรวจอวกาศในอนาคต พร้อมกับเกิดเป็นผลพลอยได้สำหรับการพัฒนาต่อยอดบนโลก แต่ก่อนที่งานวิจัยของ รศ.ดร.ณัฐพร จะไปถึงอวกาศได้ ก็ยังต้องผ่านด่านต่างๆ จากบนโลกเสียก่อน ที่มีทั้งความท้าทายและอุปสรรคมากน้อยในแต่ละขั้นตอน
เส้นทางสู่อวกาศ
“โครงการของ NASA มีการแข่งขันที่สูงมาก สมมติมีการเสนอเข้าไป 100 โปรเจกต์ จะมีมากถึง 90% ที่ไม่ได้ไปต่อ” คือรายละเอียดเบื้องหลังในการยื่นส่งงานวิจัยเพื่อขึ้นไปทดลองบนสถานีอวกาศนานาชาติกับ NASA ที่ รศ.ดร.ณัฐพร เปิดเผยกับ THE STANDARD “เราต้องหาทางอยู่ให้รอด ถ้าโดนยกเลิกโครงการไปก็ต้องหาทางยื่นข้อเสนอเข้าไปใหม่ให้ได้
“อย่างโปรเจกต์ OASIS ก็ต้องใช้เวลาประมาณ 10 ปีก่อนจะไปถึงอวกาศได้ เพราะจะมีทั้งช่วงที่มีเงินและช่วงโดนยกเลิกโครงการ และต้องไปหาทางดึงหน่วยงานต่างๆ มาร่วมวิจัย เพื่อให้โปรเจกต์ดังกล่าวกลับมาอีกครั้ง เช่นเดียวกับโปรเจกต์ของเราที่เคยผ่านวัฏจักรนี้มาพอสมควร ทั้งโดนยุบโครงการ และได้กลับเข้ามาใหม่อีกครั้ง”
รศ.ดร.ณัฐพร ระบุว่า “ความยากจริงๆ อยู่ที่เรื่องการเมือง” โดยงานวิจัย Thailand Liquid Crystals in Space หรือ OASIS II ได้รับการสนับสนุนจาก ศ.ดร.โนเอล คลาร์ก ผู้ทำโครงการ OASIS ร่วมกับ NASA ที่มี รศ.ดร.ณัฐพร เป็นหนึ่งในทีมวิจัย ก่อนนำไปสู่การทำบันทึกความเข้าใจระหว่าง NASA และมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ เมื่อปี 2021
อีกหนึ่งปัจจัยที่สำคัญต่องานวิจัยอวกาศคืองบประมาณที่ค่อนข้างสูง ทั้งการพัฒนาแนวคิดการทดลองบนโลก และต้องผ่านกระบวนการทดสอบรับรองความปลอดภัย ก่อนต้องจ้างบริษัทผู้นำส่งขึ้นสู่อวกาศ โดยยังไม่รวมค่าปฏิบัติการทดลองของนักบินอวกาศบน ISS ที่มีมูลค่ารวมกันสูงมาก ซึ่งงานวิจัย OASIS II ได้รับการสนับสนุนโดยหน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการพัฒนากำลังคน และทุนด้านการพัฒนาสถาบันอุดมศึกษา การวิจัยและการสร้างนวัตกรรม หรือ บพค. เช่นเดียวกับอีกหลายงานวิจัย Frontier ของไทยในปัจจุบัน
Payload การทดลองผลึกเหลวแบบฟิล์มที่ถูกนำขึ้นไปบนอวกาศ จะต้องผ่านการตรวจสอบความปลอดภัยถึง 3 ครั้ง เริ่มจากครั้งแรกในเดือนมีนาคม 2024 โดยต้องหลีกเลี่ยงการใช้วัตถุที่อาจเสี่ยงให้เกิดไฟ และป้องกันไม่ให้เกิดการรั่วออกจากอุปกรณ์กล้องจุลทรรศน์ KERMIT บนสถานีอวกาศ เนื่องจากเป็นการทดลองที่มีนักบินอวกาศปฏิบัติหน้าที่ ซึ่ง NASA ต้องการลดความเสี่ยงของอันตรายที่อาจเกิดในสภาวะไร้น้ำหนักลงให้ได้มากที่สุด ในขณะที่ผู้วิจัยก็ต้องหาวิธีในการพัฒนาคอนเซปต์การทดลอง เพื่อให้การปฏิบัติจริงใกล้เคียงกับสิ่งที่ต้องการวัดผลมากที่สุด
“เราโดนห้ามใช้เลเซอร์เพื่อวัดความหนาของฟิล์ม เพราะจะไม่ผ่านเกณฑ์ความปลอดภัยแน่ๆ เลยต้องยอมเอาออก แล้วต้องพัฒนาอุปกรณ์ให้ความร้อนเฉพาะจุดให้ได้อุณหภูมิ 70 องศาเซลเซียส เพื่อไม่เกินเกณฑ์ความปลอดภัยของอุปกรณ์ทดลอง แต่ก็มากพอที่จะทำให้เห็นผลลัพธ์ตามที่วางแผนไว้ได้”
นั่นจึงทำให้คณะวิจัยของ รศ.ดร.ณัฐพร ต้องพัฒนาฮีตเตอร์ที่ให้ความร้อนได้เฉพาะจุด มีความร้อนเท่ากันในบริเวณนั้นๆ และสามารถมองผ่านเพื่อสังเกตการทดลองได้ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ไม่มีอยู่ในท้องตลาด ณ ปัจจุบัน “น้องเขากำลังพัฒนาเป็นฮีตเตอร์ใสขึ้นมา ซึ่งเราจะมีการจดสิทธิบัตรขึ้นเป็นผลงานของน้องๆ ด้วย” พร้อมกับมีการส่งตัวแทนไปศึกษากับกรมทรัพย์สินทางปัญญาเป็นระยะเวลา 2 เดือน เพื่อนำมาใช้กับอุปกรณ์ที่เป็นส่วนหนึ่งของการทดลองนี้
ในเวลาเดียวกัน การศึกษาผลึกเหลวของทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ยังได้รับความสนใจจากบริษัทต่างๆ ทั่วโลก เพื่อนำไปต่อยอดเป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมบนโลก เช่น หน้าจออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เลนส์ และกระจกปรับลดแสง รวมถึงโอกาสในการต่อยอดเป็นจอแสดงผลบนหมวกของนักบินอวกาศ สำหรับภารกิจสำรวจในอนาคตได้เช่นกัน
แม้งานวิจัยผลึกเหลวอาจเป็นการศึกษาที่ค่อนข้างเฉพาะทาง แต่ รศ.ดร.ณัฐพร เน้นย้ำว่า “เรากำลังสร้างบุคลากรขึ้นมาด้วยองค์ความรู้ขั้นสูงที่นานาชาติให้การยอมรับ เพราะว่าเราต้องทำให้ NASA ยอมรับเรา
“น้องทุกคนที่มาร่วมสร้าง Payload นี้ เขาจะได้รับองค์ความรู้พวกนี้ไปเต็มๆ และเวลาเขาออกไปทำงานในอนาคต บุคลากรเหล่านี้จะมีประสิทธิภาพในการทำงานสูงมาก” ก่อนเปรยต่ออย่างขำขันว่า “เวลานี้มีบริษัทเอกชนพยายามมาขโมยเด็กอาจารย์ไปทำงานด้วยแล้ว”
สำหรับโครงการ Thailand Liquid Crystals in Space หรือ OASIS II ที่ NASA จะรับผิดชอบการขนส่งและปฏิบัติการทดลองบนอวกาศ ภายใต้การควบคุมและวางแผนการทดลองโดยทีมวิจัยของ รศ.ดร.ณัฐพร ฉัตรแถม กับ ผศ.ดร.อภิชาติ พัฒนโภครัตนา จากภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ จะออกเดินทางขึ้นสู่อวกาศในช่วงปลายปี 2024 ก่อนที่ข้อมูลจากงานวิจัยดังกล่าวจะถูกนำมาศึกษาและพัฒนาต่อยอดบนโลกเป็นลำดับถัดไป
“เราเริ่มต้นทำโปรเจกต์นี้ขึ้นมา เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีที่ประชาชนทุกคนใช้ให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น เป็น Deep Tech ที่ตอนนี้อาจยังไม่เห็น แต่อีก 10 ปีข้างหน้า งานวิจัยดังกล่าวอาจเป็นประโยชน์ให้กับคนรุ่นถัดไปได้
“เราทำแล้วเราก็ไม่ได้อยู่นิ่งๆ แต่เราก็วิ่งไปหาบริษัทต่างๆ เพื่อให้เขาได้เห็นว่าเราทำได้แล้วนะ สิ่งเหล่านี้จะกลายเป็นประโยชน์ที่เกิดขึ้นในอนาคตข้างหน้าได้” รศ.ดร.ณัฐพร กล่าวปิดท้ายในการสัมภาษณ์ที่ห้องแล็บของภาควิชาฟิสิกส์ ท่ามกลางเจ้าหน้าที่วิจัยที่กำลังปฏิบัติงานอยู่
เส้นทางสู่ดวงดาวนั้นยากลำบาก แต่ด้วยความยากลำบากมันจึงนำไปสู่ดวงดาว…นี่เป็นอีกหนึ่งงานวิจัยที่น่าติดตามในปีนี้ ไม่ว่าในแง่ของความร่วมมือกับหน่วยงานระดับ NASA หรือการพัฒนาบุคลากรที่มีความสามารถในศาสตร์เฉพาะทาง ซึ่งทั้งหมดต่างเป็นกลไกสำคัญที่จะช่วยยกระดับงานวิทยาศาสตร์ในไทย เช่นเดียวกับสร้างแรงบันดาลใจให้กับผู้คนอีกมากมาย
