“จมูกอิเล็กทรอนิกส์” เทคโนโลยีใหม่สำหรับเกษตร-อาหาร ตอน 3

 จมูกอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Nose หรือ E-nose) มีการเสนอแนวคิดครั้งแรกในปี ค.ศ.1982 และมีการทดลองสร้างจมูกอิเล็กทรอนิกส์เป็นครั้งแรกขึ้นมาในอีก 10 ปีต่อมา หลังจากนั้นเป็นต้นมาศาสตร์ทางด้านนี้ก็ได้รับความนิยมขึ้นมาเรื่อยๆ จมูกอิเล็กทรอนิกส์มีกลไกการทำงานโดยอาศัยหลักการตรวจวัดกลิ่นที่คล้ายกับระบบดมกลิ่นของมนุษย์ โดยมีเซ็นเซอร์เคมีสำหรับตรวจวัดกลิ่นจำนวนมาก ซึ่งจะทำงานร่วมกับซอฟต์แวร์จำแนกและจดจำกลิ่น

เครื่องจมูกอิเล็กทรอนิกส์ของต่างประเทศ ราคาหลายล้านบาท

ดังนั้น จึงมีความพยายามพัฒนาเซ็นเซอร์เคมีสำหรับตรวจวัดกลิ่นขึ้นมามากมาย รวมไปถึงอัลกอริทึมที่ใช้ในการวิเคราะห์กลิ่น ก็ได้รับการพัฒนาขึ้นจนมีความซับซ้อนทางคณิตศาสตร์ขึ้นเรื่อยๆ ได้มีการทดลองนำจมูกอิเล็กทรอนิกส์ไปใช้ในงานประยุกต์อย่างหลากหลาย ตัวอย่างเช่น การควบคุมคุณภาพของอาหาร การวิเคราะห์คุณภาพของเครื่องดื่ม การรักษาสิ่งแวดล้อม การรักษาความปลอดภัย เป็นต้น

จมูกอิเล็กทรอนิกส์ที่คณะวิจัยของผู้เขียนได้พัฒนาขึ้นมา ซึ่งมีแพล็ตฟอร์มการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่เครื่องกระเป๋าหิ้ว เป็นเครือข่ายไร้สาย อุปกรณ์สวมใส่ได้ ไปจนถึงติดตั้งบนหุ่นยนต์ หรือ แม้แต่ Drone

ราคาของจมูกอิเล็กทรอนิกส์เมื่อมาถึงบ้านเราจะมีราคาที่สูงมาก เนื่องจากอุปกรณ์และโปรแกรมควบคุมทั้งหมดผลิตขึ้นที่ต่างประเทศ รวมไปถึงค่าดูแลและรักษา อีกทั้งจำเป็นต้องใช้ผู้เชี่ยวชาญโดยตรงในการปรับการทำงานของจมูกอิเล็กทรอนิกส์ให้เหมาะสมและสอดคล้องกับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการตรวจสอบเฉพาะเจาะจง รวมไปถึงจมูกอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่มีความยุ่งยากในการใช้งานและในการวิเคราะห์ผลสำหรับบุคคลทั่วไป อีกทั้งจมูกอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ที่ใช้งานเกี่ยวกับการควบคุมเชิงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร และอาหาร มีขนาดค่อนข้างใหญ่และเคลื่อนย้ายค่อนข้างยาก ซึ่งในความเป็นจริงการตรวจสอบคุณภาพกลิ่นของผลิตภัณฑ์บางอย่างจำเป็นต้องตรวจสอบโดยทันที ถึงจะได้ข้อมูลกลิ่นที่แน่นอน ตัวอย่างเช่น การวัดกลิ่นของไวน์ ในระหว่างการหมัก ซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งที่เครื่องวัดกลิ่น ควรตรวจวัดกลิ่นในเวลาขณะนั้น และสภาวะแวดล้อมเดียวกับถังหมัก เพื่อไม่ให้เกิดการลดถอยของโมเลกุลกลิ่น

นอกจากนี้ การนำจมูกอิเล็กทรอนิกส์จากต่างประเทศมาใช้กับโจทย์ที่เป็นของไทยนั้น จะต้องมีการปรับหรือจูนเครื่องให้เข้ากับโจทย์ปัญหาเฉพาะถิ่นที่เป็นของไทยเสียก่อน เหมือนการฝึกสุนัขดมกลิ่นให้คุ้นเคยและจดจำกลิ่นที่จะให้มันดมและค้นหานั่นเอง แต่ผู้นำเข้าเครื่องจากต่างประเทศ มักขาดความเข้าใจในเรื่องของเทคโนโลยีและขีดจำกัดดังกล่าว ทำให้ไม่สามารถที่จะจำหน่ายเครื่องนำเข้าให้ประสบความสำเร็จได้ อีกทั้งเครื่องนำเข้าก็มีราคาแพงเกินไป เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว คณะวิจัยของผู้เขียนจึงได้ทำการศึกษาและพัฒนาเซ็นเซอร์เคมีสำหรับตรวจวัดกลิ่น รวมทั้งได้สร้างเครื่องต้นแบบจมูกอิเล็กทรอนิกส์ทั้งแบบตั้งโต๊ะ (Desktop) และแบบกระเป๋าหิ้ว (Briefcase) ขึ้นมา โดยเครื่องจมูกอิเล็กทรอนิกส์แบบกระเป๋าหิ้วนั้น นับว่าเป็นเครื่องแรกของโลกเลยทีเดียว ซึ่งสามารถหิ้วไปใช้งานได้ สามารถตรวจจับโมเลกุลกลิ่น ทั้งจากสารตัวอย่างที่มี สถานะเป็นของแข็งและของเหลว โดยวิเคราะห์ผลได้อย่างรวดเร็วและง่ายต่อการใช้งานสำหรับบุคคลทั่วไป โดยได้ทำการจดสิทธิบัตรเพื่อคุ้มครองทรัพย์สินทางปัญญาไปทั้งหมดแล้วประมาณ 6 เรื่อง ทั้งนี้ได้นำเครื่องต้นแบบดังกล่าวไปทดสอบกับผลิตภัณฑ์และโจทย์ปัญหาทางด้านเกษตรและอาหารหลากหลายประเภท ได้แก่ กาแฟ ข้าว ชา ปลาป่น น้ำหอม การตรวจวัดกลิ่นในฟาร์มสุกร การตรวจวัดความสุกขององุ่นและติดตามรสชาติของไวน์ การตรวจสิ่งเจือปนในสุรา การตรวจวัดกลิ่นไก่ย่าง การตรวจวัดกลิ่นจากกระดาษ กลิ่นน้ำหอม และกลิ่นตัวมนุษย์ เป็นต้น จนมีความมั่นใจว่าต้นแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่คณะวิจัยของผู้เขียนพัฒนาขึ้นมานี้ สามารถแก้โจทย์ปัญหาของไทย และน่าจะจำหน่ายเชิงพาณิชย์ได้ในประเทศไทย

เครื่องจมูกอิเล็กทรอนิกส์แบบกระเป๋าหิ้ว ที่นำไปใช้ช่วยควบคุมคุณภาพไวน์ในไร่องุ่น

จมูกอิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้ ซึ่งจะตรวจวัดกลิ่นตัวของผู้สวมใส่ เพื่อประเมินสถานะทางสุขภาพ เพราะกลิ่นตัวของมนุษย์นั้น ประกอบด้วยโมเลกุลต่างๆ ที่ร่างกายปลดปล่อยออก ซึ่งจะบ่งชี้สภาพทางชีวภาพในร่างกายได้

จากความสำเร็จของต้นแบบอุปกรณ์จมูกอิเล็กทรอนิกส์แบบกระเป๋าหิ้วที่คณะวิจัยของผู้เขียน ได้พัฒนาขึ้นมานี้ ทางคณะวิจัยของผู้เขียนจึงมีความสนใจที่จะพัฒนาอุปกรณ์จมูกอิเล็กทรอนิกส์ให้มีขนาดเล็กลง ในขนาดที่สามารถสวมใส่ได้หรือแม้กระทั่งบูรณาการรวมเข้าไปกับเสื้อผ้า เป็นต้น เพราะแนวคิดแบบนี้แม้กระทั่งในต่างประเทศก็ยังมีการทำวิจัยกันน้อยมาก จากการสืบค้นวารสารและสิทธิบัตร ยังถือว่าไม่มีการรายงานอุปกรณ์แบบนี้ที่เป็นเรื่องเป็นราว (มีแต่การเสนอไอเดียเท่านั้น ยังไม่มีการพัฒนาอุปกรณ์จริงขึ้นมา) ความสำคัญของเทคโนโลยีจมูกอิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้ก็คือ มันจะเป็นการเปิดตลาดใหม่ทางด้านการตรวจวัดสุขภาพที่อาศัยการดมกลิ่นกายของมนุษย์ ซึ่งถือว่าเป็นแนวคิดที่ใหม่มากๆ เพราะปัจจุบันอุปกรณ์ตรวจวัดสุขภาพแบบพกพาหรือสวมใส่ได้ที่มีขายในท้องตลาด ใช้การตรวจวัดสถานะสุขภาพเพียงไม่กี่แบบเท่านั้น เช่น อัตราการเต้นหัวใจ ระดับออกซิเจนในเลือด ความดันเลือด เป็นต้น แต่จริงๆ แล้วสุขภาพของมนุษย์สามารถแสดงออกได้จากกลิ่นที่ปลดปล่อยออกมาจากร่างกายด้วย ซึ่งสามารถตรวจวัดได้ด้วยจมูกอิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้

จมูกอิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้ อนาคตของการตรวจวัดสุขภาพแบบออนไลน์ ด้วยตนเอง

มีรายงานการวิจัยจำนวนมากที่ระบุว่าเซ็นเซอร์เคมี และ จมูกอิเล็กทรอนิกส์ สามารถจำแนกและระบุโรคได้หลายชนิด เช่น มะเร็งปอด เบาหวาน โรคปากและฟัน แม้กระทั่งจิตเภท ทั้งนี้ การที่ร่างกายมนุษย์เรามีอาการเจ็บป่วยต่างๆ มักจะมีการปลดปล่อยสารเคมีออกมาซึ่งสารเคมีเหล่านั้นก็จะแพร่กระจายไปในกระแสเลือด แล้วถูกปลดปล่อยออกมาในช่องทางต่างๆ ได้แก่ ลมหายใจ ปัสสาวะ หรือแม้แต่ปลดปล่อยเป็นไอระเหยออกมาทางผิวหนัง ซึ่งสารเคมีเหล่านี้มีความเข้มข้นเปลี่ยนแปลงไปตามพลวัต การใช้ชีวิตของผู้ป่วยที่แตกต่างไปในแต่ละวัน รวมถึงการรับประทานอาหาร หลายๆ ครั้งที่แพทย์ไม่สามารถตรวจพบความผิดปกติเหล่านี้ เนื่องจากในการตรวจสุขภาพที่โรงพยาบาล ผู้ป่วยมักมีการเตรียมตัวเพื่อไปทำการตรวจสุขภาพโดยเฉพาะ ดังนั้นการที่ผู้ป่วยจะมีผลการตรวจทางคลินิกผิดไปจากความเป็นจริง จึงเกิดได้บ่อย

ทั้งนี้หากเราสามารถทำการตรวจวัดสุขภาพของผู้ป่วยแบบ ณ เวลาจริง (Real-Time) ในแบบที่เป็นการคอยตรวจตราวิถีชีวิต (Activities of Daily Living Monitoring) และความเป็นไปที่เกิดขึ้นตามปกติ ก็จะทำให้เราสามารถตรวจวัดสถานะสุขภาพของผู้ป่วยได้ใกล้เคียงความเป็นจริงมากขึ้น ในปัจจุบันมีอุปกรณ์สวมใส่ที่สามารถตรวจสถานะต่างๆ ทางสุขภาพ เช่น อัตราการเต้นของหัวใจ ปริมาณออกซิเจนในเลือด เป็นต้น แต่ยังไม่มีจมูกอิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้ ซึ่งหากมีการพัฒนาขึ้นมา จะเปิดโอกาสให้มีการตรวจสถานะสุขภาพได้หลากหลายชนิดขึ้น ซึ่งงานวิจัยนี้เป็นการเสนอแนวคิดในการนำเซ็นเซอร์เคมีตรวจวัดกลิ่น มาอยู่บนแพล็ตฟอร์มที่สามารถพกพาหรือสวมใส่ไปได้ เช่น ในรองเท้า หรือติดอยู่บนเสื้อ เพื่อใช้ตรวจวัดกลิ่นกายมนุษย์ ซึ่งจะบ่งชี้สถานะทางสุขภาพ โดย ณ ขณะนี้ยังไม่มีอุปกรณ์ตรวจวัดสุขภาพโดยการดมกลิ่นกายในท้องตลาด แม้กระทั่งการวิจัยเชิงวิชาการในเรื่องการตรวจวัดกลิ่นกายมนุษย์ก็ถือว่ามีน้อยมาก เมื่อปลายปี ค.ศ. 2009 คณะวิจัยได้ยื่นจดสิทธิบัตรวิธีการในการตรวจวัดกลิ่นบุคคล รวมทั้งได้ตีพิมพ์ผลงานเรื่องนี้ ในวารสาร Sensors ซึ่งในเวลาต่อมากระทรวงกลาโหมสหรัฐ รวมทั้งกระทรวงความมั่นคงภายในของสหรัฐ ได้อ้างอิงบทความเรื่องนี้เพื่อประกาศรับข้อเสนอโครงการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการตรวจหาผู้ก่อการร้าย แสดงให้เห็นว่างานวิจัยเกี่ยวกับเรื่องของการตรวจวัดกลิ่นกายมนุษย์ยังมีน้อยมากในโลก