ความหมาย ประวัติ และวิวัฒนาการของหุ่นยนต์

      หุ่นยนต์ (robot) คือ เครื่องจักรกลหรือหุ่นที่มีเครื่องกลไกอยู่ภายในสามารถทำงานได้หลายอย่างร่วมกับมนุษย์หรือทำงานแทนมนุษย์และสามารถจัดลำดับแผนการทำงานก่อนหรือหลังได้ ระดับขั้นการทำงานของหุ่นยนต์สามารถจำแนกได้ ๖ ระดับ ตามเกณฑ์มาตรฐานของสมาคมหุ่นยนต์อุตสาหกรรมแห่งญี่ปุ่น (Japanese Industrial Robot Association: JIRA) ดังนี้
      ระดับที่ ๑ กลไกที่ถูกควบคุมด้วยมนุษย์ (manual-handling device)
      ระดับที่ ๒ หุ่นยนต์ที่ทำงานตามแผนล่วงหน้าที่กำหนดไว้โดยไม่สามารถปรับเปลี่ยนแผนงานได้ (fixed-sequence robot)
      ระดับที่ ๓ หุ่นยนต์ที่ทำงานตามแผนล่วงหน้าที่กำหนดไว้โดยสามารถปรับเปลี่ยนแผนงานได้ (variable-sequence robot)
      ระดับที่ ๔ ผู้ควบคุมเป็นผู้สอนงานให้แก่หุ่นยนต์  หุ่นยนต์จะทำงานเล่นย้อนกลับตามที่หน่วยความจำบันทึกไว้ (playback robot)
      ระดับที่ ๕ ผู้ควบคุมบันทึกข้อมูลเชิงตัวเลขการเคลื่อนที่ให้แก่หุ่นยนต์และหุ่นยนต์สามารถทำงานได้เองโดยไม่ต้องมีการสอนงาน (numerical control robot)
      ระดับที่ ๖ หุ่นยนต์มีความฉลาด สามารถเรียนรู้สภาพแวดล้อมและตัดสินใจทำงานได้ด้วยตัวเอง (intelligent robot)
สำหรับสถาบันหุ่นยนต์แห่งสหรัฐอเมริกา (The Robotics Institute of America: RIA) จะพิจารณาเพียงระดับที่ ๓-๖ เท่านั้น จึงถือว่า เป็นหุ่นยนต์

หุ่นยนต์สามารถจำแนกเป็น ๒ ประเภทใหญ่ ๆ ตามลักษณะการใช้งาน คือ 
      ๑. หุ่นยนต์ชนิดติดตั้งอยู่กับที่ (fixed robot) หุ่นยนต์ประเภทนี้มีลักษณะเป็นแขนกลซึ่งสามารถขยับและเคลื่อนไหวได้เฉพาะข้อต่อ นิยมใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม 
      ๒. หุ่นยนต์ชนิดเคลื่อนที่ได้ (mobile robot) หุ่นยนต์ประเภทนี้สามารถเคลื่อนที่ไปได้ด้วยตัวเองโดยการใช้ล้อ ขา หรือการขับเคลื่อนในรูปแบบอื่น ๆ

      หุ่นยนต์มาจากคำว่า “โรบอต” (robot หรือ robota) ในภาษาเช็กซึ่งแปลว่าทาสหรือผู้ถูกบังคับใช้แรงงาน  โดยในพ.ศ. ๒๔๖๔ คาเรล คาเปก (Karel Capek) นักประพันธ์ชาวเช็กได้ประพันธ์ละครเวทีเรื่อง “อาร์.ยู.อาร์.” (Rossum’s Universal Robots: R.U.R.) มีเนื้อหาเกี่ยวกับมนุษย์ต้องการทาสรับใช้จึงสร้างหุ่นยนต์มาช่วยทำงาน  ต่อมาหุ่นยนต์ได้พัฒนาตัวเองให้มีความฉลาดมากขึ้นจึงเกิดความคิดต่อต้านมนุษย์และไม่ยอมให้กดขี่ข่มเหงอีกต่อไป ละครเรื่องนี้โด่งดังมากจนทำให้คำว่า “โรบอต” เป็นที่รู้จักไปทั่วโลก  ต่อมาในพ.ศ. ๒๔๘๕  ไอแซก อะซิมอฟ (Isaac Asimov) นักวิทยาศาสตร์และนักประพันธ์ชาวอเมริกันเชื้อสายรัสเซียได้ประพันธ์นวนิยายเชิงวิทยาศาสตร์ เรื่อง “รันอะราวนด์” (Run around) ซึ่งมีเนื้อหาเกี่ยวกับเรื่องหุ่นยนต์ ในผลงานการประพันธ์ดังกล่าวกำหนดกฎ ๓ ข้อของหุ่นยนต์ขึ้น ประกอบด้วย
      ๑. หุ่นยนต์ห้ามทำร้ายมนุษย์หรือนิ่งเฉยปล่อยให้มนุษย์ตกอยู่ในอันตราย
      ๒. หุ่นยนต์ต้องเชื่อฟังคำสั่งมนุษย์ยกเว้นคำสั่งนั้นขัดแย้งกับกฎข้อแรก
      ๓. หุ่นยนต์ปกป้องตัวเองได้แต่ต้องไม่ขัดกับกฎข้อแรกหรือกฎข้อที่ ๒

      หลังจากบทประพันธ์ของอะซิมอฟเผยแพร่ออกไป กฎ ๓ ข้อนี้ก็ได้รับการสนับสนุนจากคนเป็นจำนวนมากเนื่องจากเป็นกฎที่มีความถูกต้องและตั้งอยู่บนพื้นฐานของความปลอดภัยในการดำรงชีวิตร่วมกันระหว่างมนุษย์กับหุ่นยนต์  ผลจากนวนิยายเรื่องนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สนใจหุ่นยนต์มากขึ้นและเริ่มต้นพัฒนาหุ่นยนต์อย่างจริงจังนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา  

      หุ่นยนต์มีเรื่องราวมายาวนานตั้งแต่สมัยโบราณแต่ส่วนใหญ่จะอยู่ในเรื่องเล่าของตำนานปรัมปรา เช่น ในสมัยของกรีกโบราณมีตำนานของ ทาลอส (Talos) เป็นหุ่นยนต์ทหารยามผู้พิทักษ์เกาะครีตทำหน้าที่ป้องกันการบุกรุกของศัตรูและขัดขวางไม่ให้พลเมืองออกจากเกาะโดยมิได้รับราชานุญาตจากกษัตริย์ไมนอส  ในตำนานกล่าวว่าทาลอสคือรูปปั้นทองเหลืองที่ถูกราดด้วยน้ำศักดิ์สิทธิ์จึงสามารถเคลื่อนไหวได้แม้ว่าจะไม่ได้กล่าวถึงกลไกขับเคลื่อนแต่ก็เป็นภาพลักษณ์ต้นแบบของหุ่นยนต์จนถึงปัจจุบัน  มนุษย์ได้มีการประดิษฐ์อุปกรณ์ที่เคลื่อนไหวได้มานานมากแล้วโดยในสมัยโบราณชาวกรีกจะเรียกว่า ออโตมาตา (automata)  ซึ่งเป็นที่มาของคำว่า “อัตโนมัติ” (autonomous) ในปัจจุบันออโตมาตาชิ้นแรกของโลกเท่าที่มีหลักฐานบันทึกไว้ประดิษฐ์ขึ้นเมื่อประมาณ ๔๐๐ ปีก่อนคริสตกาล (พ.ศ. ๑๔๓) โดยอาร์คายทาส (Archytas of Tarentum) นักคณิตศาสตร์และนักประดิษฐ์ชาวกรีกได้ประดิษฐ์นกพิราบกล (Pigeon) ที่บินและขยับปีกขึ้นลงได้โดยอาศัยแรงขับเคลื่อนจากไอน้ำออโตมาตาที่ทำงานครบสมบูรณ์รุ่นแรกเกิดขึ้นเมื่อประมาณ ๒๕๐ ปีก่อนคริสตกาล (พ.ศ. ๒๙๓) โดยทซิบิอุส (Ctesibius of Alexandria) นักคณิตศาสตร์และนักประดิษฐ์ชาวกรีก ได้ประดิษฐ์นาฬิกาน้ำที่เรียกว่า เครปไซดรา (Clepsydra) ซึ่งบอกเวลาโดยระดับน้ำและใช้หลักการของกาลักน้ำอยู่ตลอดเวลาทำให้นาฬิกาน้ำสามารถทำงานได้ใหม่โดยอัตโนมัติ
      ในช่วงพ.ศ. ๕๔๓-พ.ศ. ๖๔๓ เฮรอน (Heron of Alexandria)  นักคณิตศาสตร์และนักประดิษฐ์ชาวกรีกได้สร้างอุปกรณ์ขึ้นมามากมายหนึ่งในนั้นคือ อุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยไอน้ำ (Aeolipile) หรือเครื่องจักรเฮรอน ซึ่งถือเป็นเครื่องจักรไอน้ำตัวแรกของโลก  ในพ.ศ. ๑๗๔๙  อัล-จาซารี (Al-Jazari) นักประดิษฐ์มุสลิมชาวอิรักได้ออกแบบเรือที่มีวงดนตรีหุ่นกลนั่งเล่นดนตรีอยู่ข้างใน ๔ ตัว เพื่อถวายความบันเทิงแก่แขกของเชื้อพระวงศ์โดยการขับเคลื่อนของหุ่นกลนั้นใช้พลังงานจากน้ำและสามารถปรับเปลี่ยนจังหวะการทำงานของหุ่นตีกลองเป็นเสียงดนตรีได้หลายจังหวะโดยการย้ายหมุด ไปยังตำแหน่งที่แตกต่างกัน  ในพ.ศ. ๒๒๘๐ ชากส์ เดอ ฟูคอนซอน (Jacques de Vzucanson) นักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศสได้สร้างหุ่นยนต์เป่าฟลุต (Flute Player) ที่เป่าฟลุตออกมาเป็นเพลงอย่างไพเราะได้ถึง ๑๒ เพลง โดยมีการขยับนิ้วมือที่ทำด้วยไม้และมีปอดเทียมในการขับลมมาเป็นฟลุตและในอีก ๒ ปีถัดมา ชากส์ เดอ ฟูคอนซอน ได้สร้างหุ่นยนต์เล่นแทมบูรีน (Tambourine Player) และหุ่นยนต์เป็ด (Digesting Duck) ที่มีกลไกเคลื่อนไหวกว่า ๔๐๐ ชิ้น สามารถที่จะขยับปีกแสดงท่าทางการกิน การย่อย (บดเมล็ดพันธุ์พืช) และการขับถ่ายได้ซึ่งถือว่าเป็นหุ่นยนต์ยุคใหม่ที่สามารถทำงานได้จริงเป็นตัวแรกของโลก

      หุ่นยนต์เคลื่อนที่ได้ตัวแรกของโลกเกิดขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่ ๒ (พ.ศ. ๒๔๘๒-พ.ศ.๒๔๘๘) ในรูปแบบของระเบิดบิน (flying bomb) ที่มีความฉลาดโดยอาศัยอุปกรณ์ตรวจรู้หรือเซ็นเซอร์ (sensor) เป็นตัวควบคุมการจุดระเบิด  ในช่วงพ.ศ. ๒๔๙๑-พ.ศ. ๒๔๙๒ วิลเลียม เกรย์ วอลเทอร์ (William Grey Walter) ชาวอเมริกัน สร้างหุ่นยนต์อัตโนมัติที่มีรูปร่างคล้ายเต่าเรียกว่า แมคินา สเปคูลาทริกซ์ (Machina Speculatrix) ชื่อ “เอลเมอร์” (Elmer) และ “เอลซี”(Elsie) โดยสร้างจากมอเตอร์ไฟฟ้า มีล้อ ๓ ล้อ สำหรับใช้ในการเคลื่อนที่และมีอุปกรณ์ตรวจรู้แสง หุ่นยนต์ทั้ง ๒ ตัว มีระบบการทำงานที่กำหนดให้วิ่งเข้าหาแสงและมีความสามารถเคลื่อนที่หลบสิ่งกีดขวาง  ต่อมาในพ.ศ. ๒๕๐๓ มหาวิทยาลัยจอนส์ ฮอปกินส์ (Johns Hopkins University) ได้พัฒนาหุ่นยนต์ชื่อ “บีสต์”(Beast) ที่มีอุปกรณ์ตรวจรู้แสงและระบบการสะท้อนของคลื่นเสียงโซนาร์ (sonar) ช่วยในการนำทางโดยหุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่ไปมาได้อย่างอิสระและกลับมาเติมพลังงานเข้าสู่แบตเตอรี่ได้ด้วยตัวเอง
      หุ่นยนต์อุตสาหกรรมตัวแรกของโลกได้พัฒนาสร้างขึ้นในพ.ศ. ๒๕๐๔ โดย จอร์จ  ดีวอล (George Devol) และโจเซฟ เอ็นเกลเบอร์เกอร์ (Joseph Engelberger) วิศวกรชาวอเมริกัน ทั้ง ๒ คน ได้ประดิษฐ์แขนกลหุ่นยนต์สำหรับนำมาใช้ในงานอุตสาหกรรมชื่อ “ยูนิเมต” (Unimate) และก่อตั้งบริษัทสร้างหุ่นยนต์แห่งแรกของโลกชื่อ “ยูนิเมชัน” (Unimation) ต่อมาโจเซฟได้รับสมญานามว่าเป็น (Unimation) ต่อมาโจเซฟได้รับสมญานามว่าเป็น “บิดาแห่งหุ่นยนต์ด้านอุตสาหกรรม”

      ในพ.ศ. ๒๕๐๙ “เชกกี” (Shakey) หุ่นยนต์เคลื่อนที่ตัวแรกของโลกที่มีความคิดเป็นของตัวเองได้รับการพัฒนาขึ้นโดยสถาบันวิจัยสแตนฟอร์ด (Stanford Research Institute: SRI)  หุ่นยนต์เชกกีมีระบบคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในการประมวลผลภาพ (image processing) และมีอุปกรณ์ตรวจรู้เป็นเครื่องบอกนำทางในการเคลื่อนที่   ในพ.ศ. ๒๕๑๓ หุ่นยนต์ชื่อ “ลูโนโฮดวัน” (Lunokhod 1) ที่สร้างโดยสหภาพโซเวียต (ปัจจุบันคือประเทศรัสเซีย) เป็นหุ่นยนต์ที่ควบคุมจากระยะไกลตัวแรกของโลกที่ขึ้นไปสำรวจสภาพพื้นผิวของดวงจันทร์ ตัวหุ่นยนต์ประกอบด้วยล้อทั้งหมด ๘ ล้อ มีอุปกรณ์ตรวจรู้ ต่าง ๆ เช่น กล้องโทรทัศน์ ๔ ตัว อุปกรณ์ตรวจรู้รังสีคอสมิก(cosmic-ray) และรังสีเอกซ์ (X-ray)  หุ่นยนต์ลูโนโฮดวันยังได้รับการออกแบบให้สามารถนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้เป็นพลังงานในการขับเคลื่อนได้

      ในพ.ศ. ๒๕๒๐ ภาพยนตร์เรื่อง สตาร์วอรส์ (Star Wars) ได้สร้างจินตนาการของหุ่นยนต์ที่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอัตโนมัติชื่อ “อาร์ทูดีทู” (R2D2) และหุ่นยนต์ที่คล้ายมนุษย์ชื่อ “ซีทรีพีโอ” (C3PO) ภาพยนตร์เรื่องนี้มีชื่อเสียงโด่งดังมากจนทำให้คนรู้จักและสนใจหุ่นยนต์มากขึ้น  แม้อีก ๒๐ ปีต่อมาหลังจากที่สหรัฐอเมริกาได้สร้างหุ่นยนต์อุตสาหกรรมตัวแรกของโลกขึ้นแล้วก็ตามแต่หุ่นยนต์กลับมีวิวัฒนาการที่ก้าวหน้าอย่างมากในประเทศญี่ปุ่นในช่วงที่มีการปฏิวัติอุตสาหกรรม การขยายตัวของอุตสาหกรรมทำให้มีการใช้หุ่นยนต์กันอย่างแพร่หลายเพื่อใช้แทนแรงงานคนและเพิ่มผลผลิต เช่น อุตสาหกรรมยานยนต์ อุตสาหกรรมเครื่องใช้ไฟฟ้า

      หุ่นยนต์มักถูกนำมาใช้ในงานที่ต้องเสี่ยงอันตรายหรืองานที่ต้องการความแม่นยำและความละเอียดสูง  ในช่วงแรกหุ่นยนต์ยังขาดความสามารถในการเรียนรู้และทำงานได้อย่างจำกัดโดยต้องอาศัยการรับคำสั่งจากมนุษย์แต่ในเวลาต่อมาความสามารถของหุ่นยนต์กลับเพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณเมื่อโลกได้เข้าสู่ยุคอินเทอร์เน็ต (internet) ตั้งแต่ พ.ศ. ๒๕๓๓ เป็นต้นมา  หุ่นยนต์มีความสามารถและแข็งแกร่งมากขึ้น จากวิทยาการด้านคอมพิวเตอร์ วัสดุ และโลหะ  ความรู้ที่มนุษย์สั่งสมมานานสามารถถ่ายทอดสู่สมองกลของหุ่นยนต์ได้ภายในเสี้ยววินาที  ในพ.ศ. ๒๕๔๐ ความฉลาดของมนุษย์ถูกท้าทายจากปัญญาประดิษฐ์ (artificial intelligence) จากการที่ การ์รี คาสปารอฟ (Garry Kasparov) แชมป์หมากรุกโลกชาวรัสเซีย พ่ายแพ้ต่อสมองกลที่ชื่อว่า “ดีปบลู” (Deep Blue)  ซึ่งพัฒนาขึ้นโดยมหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอน (Carnegie Mellon University) และบริษัทไอบีเอ็ม  สมองกลรุ่นใหม่นี้ทำให้หุ่นยนต์มีการทำงานที่รวดเร็วมากขึ้นและสามารถทำงานได้ด้วยการวิเคราะห์ข้อมูลภายในสมองกลของหุ่นยนต์เองโดยไม่ต้องอาศัยการตัดสินใจจากมนุษย์  ในปีเดียวกันนั้นเองหุ่นยนต์ “โซเจอร์เนอร์” (Sojourner) ได้เหยียบดาวอังคารเป็นครั้งแรกโดยรับหน้าที่ในการถ่ายภาพพื้นผิวและเก็บตัวอย่างหินเพื่อส่งข้อมูลกลับมายังโลกในโครงการพาทไฟน์เดอร์ (Pathfinder) ที่ก่อตั้งโดยองค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (National Aeronautics and Space Administration: NASA) 
      หุ่นยนต์ได้รับการพัฒนาความสามารถทางกายภาพและความคิดอย่างต่อเนื่อง บทบาทของหุ่นยนต์ได้เปลี่ยนจากเครื่องจักรกลที่ทำงานได้อย่างแม่นยำในโรงงานอุตสาหกรรมมาเป็นหุ่นยนต์ที่มีอารมณ์และความรู้สึก ดังเห็นได้จากในพ.ศ. ๒๕๔๒  หุ่นยนต์สุนัข “ไอโบ” (Aibo) พัฒนาโดยบริษัทโซนี่ ประเทศญี่ปุ่น สร้างขึ้นให้มีลักษณะเหมือนสัตว์เลี้ยงมีความรู้สึกตอบสนองเพื่อให้สามารถเป็นเพื่อนกับมนุษย์ได้

      ในพ.ศ. ๒๕๔๓ บริษัทฮอนด้า (Honda) ประเทศญี่ปุ่นได้พัฒนาหุ่นยนต์เดิน ๒ ขาคล้ายมนุษย์ (humanoid) มีชื่อว่า “อะซิโม” (ASIMO) เป็นหุ่นยนต์รุ่นที่ ๑๑ โดยใช้เวลาในการค้นคว้าและวิจัยถึง ๑๔ ปี อะซิโมถูกจัดให้เป็นหุ่นยนต์ที่สามารถทำงานรับใช้มนุษย์ได้เป็นเพื่อนที่แสนดีและยังเป็นเพื่อนคู่คิดของมนุษย์อีกด้วย  ในระหว่าง พ.ศ. ๒๕๔๖-พ.ศ. ๒๕๔๗ สำนักพัฒนาวิจัยภายใต้กระทรวงกลา โหมสหรัฐอเมริกา (Defense Advanced Research Projects Agency: DARPA) ได้นำเสนอให้จัดการแข่งขันรถยนต์ที่สามารถเคลื่อนที่ได้เองโดยไม่มีคนขับโดยกำหนดให้รถขับผ่านทะเลทรายเป็นระยะทาง ๑๓๑ ไมล์ ภายในรถจะติดตั้งอุปกรณ์ตรวจรู้ต่าง ๆ ซึ่งสามารถรับรู้ถึงสภาพถนนและสภาพการจราจรรวมถึงอุปสรรคกีดขวางต่าง ๆ บนถนนและรอบ ๆ ตัวรถได้เป็นอย่างดีโดยมีสมองกลคอม พิวเตอร์ไว้ประมวลผลจากอุปกรณ์ตรวจรู้ต่าง ๆ ที่ส่งเข้ามาอย่างชาญฉลาดทำให้รถสามารถวิ่งถึงจุดหมายได้ ด้วยเหตุที่หุ่นยนต์มีอายุการใช้งานที่ยาวนานและแข็งแกร่งกว่ามนุษย์ นักวิทยาศาสตร์จึงคาดหวังว่าเมื่อหุ่นยนต์มาอยู่ร่วมกับมนุษย์ก็จะช่วยดูแลปกป้องมนุษย์และเป็นสื่อกลางในการส่งผ่านความรู้ที่เกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์กับมนุษย์ไปสู่รุ่นลูกหลานของมนุษย์ต่อไปได้