เซ็นเซอร์เคมีสำหรับระบบเสื้อดมกลิ่นอัจฉริยะ

ดร. ธารา สีสะอาด นักเรียนทุนโครงการปริญญาเอกกาญจนาภิเษก (คปก.) ที่เพิ่งสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก สาขาวิชาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมวัสดุ (หลักสูตรนานาชาติ) จากคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล  โดยมี ผศ. ดร. ธีรเกียรติ์ เกิดเจริญ เป็นอาจารย์ที่ปรึกษาหลัก และมี ผศ. นพ. ม.ล. ทยา กิติยากร และ ดร. พนิดา หล่อวงศ์ตระกูล เป็นอาจารย์ที่ปรึกษาร่วม ได้ประสบความสำเร็จในการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับการพัฒนาเซ็นเซอร์เคมีตรวจวัดกลิ่น เพื่อใช้กับระบบจมูกอิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้ ซึ่งอาศัยกลไกการตรวจวัดกลิ่น เลียนแบบการทำงานของระบบดมกลิ่นของมนุษย์

โดยจมูกอิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้นี้ถูกออกแบบมาในลักษณะของ “เสื้อดมกลิ่นตัวผู้สวมใส่ (smellingShirt)” ซึ่งเป็นนวัตกรรมที่นำเอาฟังก์ชันทางด้านอิเล็กทรอนิกส์เข้าไปอยู่ในสิ่งทอเพื่อเพิ่มความสามารถในการตรวจวัดโมเลกุลของกลิ่นที่ปล่อยออกมาจากร่างกายมนุษย์ โดยใช้เซ็นเซอร์เคมีบนผ้าทั้งหมด 16 เซ็นเซอร์ (ติดไว้ที่บริเวณเสื้อตรงส่วนของรักแร้ข้างละ 8 เซ็นเซอร์) นักวิจัยได้เลือกใช้วัสดุผสมพอลิเมอร์และท่อนาโนคาร์บอน ( polymer/carbon nanotube nanocomposites) เป็นวัสดุเซ็นเซอร์ที่มีประสิทธิภาพในการตอบสนอง (sensitivity) ต่อสารอินทรีย์ระเหยง่าย (volatileorganic compounds, VOCs) ประเภทแอมโมเนีย ไตรเอทธิลอะมีน และอะซิโตน โดยมีหลักการทำงานคือ เมื่อร่างกายปล่อยกลิ่นออกมา โมเลกุลของกลิ่นจะเข้าไปจับกับเซ็นเซอร์ทำให้ค่านำไฟฟ้าของเซ็นเซอร์เปลี่ยนไป หลังจากนั้นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ก็จะอ่านสัญญาณเข้ามาประมวลผลและส่งข้อมูลผ่านระบบสื่อสารไร้สายซิกบี (zigbee) มายังคอมพิวเตอร์ เพื่อแสดงผลการวิเคราะห์แยกแยะกลิ่น (odor discrimination) ในแต่ละตัวอย่างที่ได้ทำการตรวจวัด โดยจะสามารถแยกแยะกลิ่นที่ถูกขับออกจากร่างกายได้ เช่น กลิ่นปัสสาวะ ลมหายใจ และกลิ่นรักแร้

โดยขณะที่กำลังศึกษาวิจัยอยู่นั้น ดร. ธารา ได้รับการสนับสนุนทุนวิจัยจากโครงการ คปก. ร่วมกับ สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.) และ มหาวิทยาลัยมหิดล ให้เดินทางไปทำวิจัยกับ ศาสตราจารย์ Lieva Van Langenhove ซึ่งเป็นอาจารย์ที่ปรึกษาในต่างประเทศ ณ  ภาควิชาสิ่งทอคณะวิศวกรรมศาสตร์และสถาปัตยกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกนต์ (GhentUniversity) ประเทศเบลเยียม เป็นระยะเวลา 7 เดือน จึงทำให้มีโอกาสได้รับการถ่ายทอดองค์ความรู้ต่าง ๆ ในด้านเทคโนโลยีสิ่งทออิเล็กทรอนิกส์ (E-textiles) ซึ่งล้วนแล้วแต่เป็นประโยชน์ต่อการเสริมสร้างศักยภาพงานวิจัยทั้งสิ้น  โดยนักวิจัยได้นำเอาเทคนิคการพิมพ์สกรีนหมึกนำไฟฟ้าลงบนผ้ามาสร้างชิ้นงานในส่วนของเซ็นเซอร์และวงจรควบคุมการทำงาน พร้อมทั้งบูรณาการเข้ากับเทคโนโลยีจมูกอิเล็กทรอนิกส์ที่กำลังศึกษาวิจัยอยู่ จึงก่อให้เกิดนวัตกรรมใหม่ที่เรียกว่า “จมูกอิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้” ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าล่าสุดของเทคโนโลยีนี้   

ดร. ธารา กล่าวว่าจุดมุ่งหมายสำคัญของการพัฒนางานวิจัยชิ้นนี้ คือ การสร้างนวัตกรรมที่สามารถใช้ประโยชน์ในด้านการดูแลสุขภาพด้วยตนเองที่บ้าน (Home HealthMonitoring, HHM) จากการประเมินสภาวะสุขภาพจากกลิ่นตัวของผู้สวมใส่ ในแบบที่เป็นการตรวจตราวิถีชีวิต และความเป็นไปของกลิ่นตัวที่เกิดการเปลี่ยนแปลง โดยมีความเกี่ยวข้องกับกิจกรรมที่กระทำในชีวิตประจำวันหรือแม้กระทั่งกลิ่นตัวที่ผิดปกติไปอันเป็นสัญญาณที่บ่งบอกว่ามีความผิดปกติหรือภาวะการเกิดโรคบางอย่างขึ้นภายในร่างกาย เช่น โรคกลิ่นตัวเหม็น (fsh-malodorsyndrome) และโรคเบาหวาน เป็นต้น

นอกจากนี้แล้ว ผลงานวิจัยดังกล่าวยังสามารถนำไปใช้ประโยชน์เชิงพาณิชย์สำหรับตรวจวัดกลิ่นในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง (cosmetic industry) ซึ่งจะเป็นนวัตกรรมที่มาช่วยในด้านการตรวจสอบและติดตามคุณภาพกลิ่นของผลิตภัณฑ์ระงับกลิ่นกาย โดย ดร. ธารา กล่าวว่า เคยมีโอกาสได้เดินทางไปทำวิจัยร่วมกับหน่วยงาน Beiersdorf’s Corporate R&D Center ที่อยู่ภายใต้การบริหารงานของบริษัท Beiersdorf AG เมืองฮัมบูร์ก ประเทศเยอรมนี ภายใต้โครงการ “E-nose detection of perfumes in a wearable device” เป็นระยะเวลา 2 เดือน ซึ่งมีการแลกเปลี่ยนเรียนรู้และพัฒนางานวิจัยระหว่างมหาวิทยาลัยมหิดลร่วมกับภาคอุตสาหกรรมในต่างประเทศจนถึงขั้นการประยุกต์ใช้งานที่เป็นประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ได้ โดยบริษัท Beiersdorf AG ได้สนับสนุนทุนวิจัยเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีนี้เพิ่มเติมเพื่อให้เซ็นเซอร์และระบบเสื้อดังกล่าวสามารถติดตามกลิ่นกายและกลิ่นน้ำหอมของโรลออนได้

และจากการได้รับความร่วมมือ ส่งเสริม และสนับสนุนจากหลายฝ่ายในการพัฒนางานวิจัยดังกล่าว เป็นผลให้การดำเนินงานบรรลุตามวัตถุประสงค์และเกิดการพัฒนาอย่างต่อเนื่องไปสู่การใช้ประโยชน์ได้จริง จนกระทั่งผลงานนี้ได้รับรางวัลการนำเสนอผลงานแบบโปสเตอร์ยอดเยี่ยมในการประชุมวิชาการนานาชาติที่ฮ่องกง และได้รับการคัดเลือกให้เข้าร่วมแสดงผลงานนวัตกรรมเกี่ยวกับสิ่งทออัจฉริยะและเทคโนโลยีสวมใส่ที่ประเทศเบลเยียมอีกด้วย

และล่าสุดผลงานวิจัยชิ้นนี้ได้รับการพิจารณามอบรางวัลจากสภาวิจัยแห่งชาติ ให้เป็นรางวัลผลงานประดิษฐ์คิดค้น ระดับดี ประจำปี 2560 จากสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ (วช.) จึงนับเป็นโอกาสที่ดีในการเปิดแนวคิดรูปแบบใหม่ของการพัฒนาอุตสาหกรรมสิ่งทอไทยให้เป็นนวัตกรรมสิ่งทออิเล็กทรอนิกส์แห่งอนาคตที่จะช่วยเพิ่มศักยภาพและขีดความสามารถในการแข่งขันได้ดียิ่งขึ้นบนพื้นฐานของการพัฒนางานวิจัยเชิงสร้างสรรค์ เพื่อผลิตนวัตกรรมใหม่ ๆ ที่สามารถตอบโจทย์ความต้องการเทคโนโลยีของผู้บริโภคในยุคนี้ ซึ่งถือเป็นการเตรียมความพร้อมด้านการวิจัยเพื่อก้าวเข้าสู่โมเดล “ไทยแลนด์ 4.0” ต่อไป