eVTOL สำรวจพื้นที่ป่าไม้ ฝีมือพัฒนาจาก สจล. | TNN Tech Reports
ทรัพยากรป่าไม้ ถือเป็นแหล่งระบบนิเวศสำคัญ ซึ่งมีผลต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลก ทั้งคน สัตว์ และสิ่งแวดล้อมอื่น ๆ ไม่ว่าจะเป็นการช่วยรักษาอุณหภูมิของโลก ด้วยการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ช่วยรักษาสมดุลและความหลากหลายทางธรรมชาติ เป็นพื้นที่ต้นน้ำและแหล่งกักเก็บน้ำ
ขณะที่ในประเทศไทย ข้อมูลจาก สํานักจัดการที่ดินป่าไม้ กรมป่าไม้ พบว่า ในปี 2516 ไทยมีพื้นที่ป่าไม้ประมาณ 138 ล้านไร่ แต่ในปี 2565 มีพื้นที่ป่าลดลงเหลือเพียง 102 ล้านไร่ โดยการลดลงของพื้นที่ป่าไม้นั้น สาเหตุส่วนหนึ่งมาจากการปัญหาการปฏิบัติการเฝ้าระวัง และติดตามสถานการณ์พื้นที่ป่าไม้โดยการใช้อากาศยานแบบเดิมหรือเฮลิคอปเตอร์ยังทำได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ และมีค่าใช้จ่ายสูง หลักแสนบาทต่อการขึ้นบินหนึ่งครั้ง รวมถึงพื้นที่ป่าไม้ที่มีจำนวนมาก ทำให้การปฏิบัติหน้าที่เฝ้าระวังเหตุต่าง ๆ ด้วยแรงงานคนมีข้อจำกัด เช่น การบุกรุกพื้นที่ป่า หรือการเกิดไฟป่า
ดังนั้นเพื่อช่วยให้การดูแลพื้นที่ป่าไม้ไทย ทำได้มีประสิทธิภาพมากขึ้น จึงได้มีการนำเทคโนโลยีอากาศยานไร้คนขับพลังงานไฟฟ้า (eVTOL) ซึ่งเป็นอากาศยานบินขึ้นและลงในแนวดิ่ง ผลงานการพัฒนาจากบุคลากรวิทยาลัยอุตสาหกรรมการบินนานาชาติ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (สจล.) เข้ามาใช้ในการบินสำรวจพื้นที่ป่าไม้
“เฮลิคอปเตอร์เนี่ย ราคาต่อต้นทุน ต่อครั้ง ต่อชั่วโมง ต่อพื้นที่มันสูงประมาณ 100 เท่าเมื่อเทียบกับ eVTOL ตัวนี้”
ผศ. ดร.เสริมศักดิ์ อยู่เย็น คณบดี วิทยาลัยอุตสาหกรรมการบินนานาชาติ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (สจล.) กล่าวว่า “ป่าไม้มันอยู่ลึกสัญญาณมันไม่มี การที่สัญญาณมันไม่มี มันจะส่ง จะรับอะไรก็ยาก ด้วยเทคโนโลยีที่มีอยู่ก็คือตัวเฮลิคอปเตอร์ ราคาต่อต้นทุน ต่อครั้ง ต่อชั่วโมงต่อพื้นที่ มันสูงประมาณ 100 เท่าเทียบกับ eVTOL ตัวนี้
ซึ่งถ้าเกิดเราสามารถช่วยประหยัดงบประมาณของอุทยานได้ หรือของกระทรวงได้ งบประมาณตัวนั้นเราก็สามารถไปพัฒนาอย่างอื่นได้ แล้วถ้าแผนที่ของป่าไม้ของเราได้มีการอัปเดตเรียกว่าทุกเดือน มันก็จะช่วยให้การวางแผนการพัฒนาป้องกันอุทกภัย หรือป้องกันไฟป่าพวกนี้สามารถทำได้ง่ายขึ้น ก็จะมีลดผลกระทบที่เกิดขึ้นได้”
ปัจจุบันมีการพัฒนา eVTOL ให้สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้หลายด้าน ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือ การบินสำรวจถ่ายภาพ ซึ่งหลายคนอาจจะคุ้นเคยกับการใช้ภาพถ่ายจากดาวเทียม ซึ่งภาพที่ได้จากดาวเทียมจะเห็นรายละเอียดสถานที่ในขนาดความกว้าง แต่ความละเอียดของภาพจะน้อยกว่า ภาพที่ได้จาก eVTOL
ผศ. ดร.เสริมศักดิ์ อธิบายว่าแต่ก่อน eVTOL นั้นมีขนาดที่ใหญ่เทียบเท่ากับเครื่องบินเล็กที่เราใช้บิน ทุกวันนี้เลยพอมันราคาถูกลง ก็มีการมาทำวิจัยเพื่อใช้ภารกิจที่เกี่ยวข้องกับพลเรือนมากขึ้น
จากเดิมใช้ดาวเทียมอาจจะได้ภาพถ่ายถ่ายแผนที่ออกมาเหมือนกับ Google Map โดยประเทศไทยเราถ่ายเพียง 2 ช็อตก็สามารถถ่ายได้ทั้งประเทศแล้ว แต่ข้อเสียก็คือความละเอียด 1 พิเซลต่อ 200 เมตร ซึ่งไม่สามารถซูมเข้าไปดูลายละเอียดแบบลึก ๆ ได้ ต่างจาก eVTOL ที่สามารถถ่ายภาพได้จากความสูงประมาณพันฟิต จะได้ความละเอียด 1 พิเซลต่อ 50 เซนติเมตร ซึ่งละเอียดพอที่จะซูมจนเห็นหน้าใบหน้าคนที่อยู่บนพื้นได้
“เริ่มต้นจากงานวิจัยในชั้นเรียน ต่อยอดมาสู่การใช้งานจริง”
eVTOL ที่ทาง สจล.พัฒนาขึ้นนี้ เริ่มต้นจากงานวิจัยในชั้นเรียน ต่อยอดมาสู่การใช้งานจริงในภารกิจบินสำรวจพื้นที่ป่าไม้ ร่วมกับกรมป่าไม้ กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม โดยได้รับทุนสนับสนุนจากกระทรวงดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคม DE
โดยมีเป้าหมายเพื่อนำมาใช้แก้ปัญหาเรื่องการบินสำรวจ ไปจนถึงเรื่องการทำแผนที่ เพราะภาพแผนที่ที่ทางอุทยานทำไว้ล่าสุดคือของเมื่อปี 2545 ซึ่งถือว่าเก่ามากแล้ว โดยการ eVTOL ที่ทาง สจล. สร้างขึ้นมานี้ เบื้องต้นจะใช้นำร่องในการสำรวจ 10% ของพื้นที่ทั้งหมด โดยเลือกพื้นที่สุ่มเสี่ยงก่อน อาทิเช่น พื้นที่ติดชายแดนอย่างแก่งกระจาน หรือพื้นที่ภาคเหนือที่มีเหตุไฟไหม้บ่อย ๆ ประมาณ 11 แห่ง เป็นต้น ซึ่งตอนนี้ได้มีการพัฒนายาน eVTOL นี้ออกมา 11 ลำแล้ว
ผศ. ดร.เสริมศักดิ์ เล่าเกี่ยวกับการพัฒนา eVTOL ในแต่ละกล่าวอีกว่า “ในการพัฒนา eVTOL ทีมนักวิจัยจะเริ่มจากการรับโจทย์ว่าอากาศยานแต่ละลำมีจุดประสงค์เพื่อการใช้ในด้านใด สำหรับกรณีนี้คือนำมาใช้งานในการบินสำรวจพื้นที่ป่าไม้ รวมไปถึงในการพัฒนาจะต้องคำนึงถึงนำหนักของเครื่องที่ตามกฎหมายจะต้องไม่เกิน 25 กิโลกรัม”
“โดยเริ่มแรกของการวิจัยเลย สิ่งที่เราต้องคำนึงถึงก่อนคือ หลักของอากาศพลศาสตร์ เวลามันบินไป มันเจอลมเหมือนรถยนต์ทำยังไงมันถึงจะมีแรงต้านน้อยที่สุด สิ่งที่ทำได้ต้องใช้อุโมงค์ ก่อนที่จะเข้าอุโมงค์ลมเราก็ต้องเข้าโปรแกรม แล้วก็ไปพิมพ์ด้วย 3D Printer เพื่อสร้างโมเดลออกมา แล้วก็ไปเข้าอุโมงค์ลมเพื่อทดสอบดูว่ามันได้ค่าตามที่เราคำนวณจากคอมพิวเตอร์หรือเปล่า
เมื่อได้แล้ว ก็สู่ขั้นตอนของการผลิต โดยจะเริ่มจากตัวข้างนอกก่อน ตอนผลิตเนื่องจากว่าถ้าเราไม่ได้ผลิตเยอะยังไงต้นทุนก็สูง ดังนั้นเราก็จะหาผู้ผลิตจากบริษัทส่วนใหญ่ก็จะมาจากจีนที่รับทำเรื่องนี้โดยเฉพาะ พอได้เสร็จเราก็มีการเลือกตัวมอเตอร์ ที่เราคำนวณไว้ว่าเราต้องใช้ความเร็วเท่าไหร่ ใช้ปีกเท่าไหร่ แล้วแรงยกที่มันเกิดขึ้นเท่าไหร่ เอามาประกอบกันพอประกอบเรียบร้อยเราก็ทำการใส่ชุดคอลโทรล แล้วก็ทำ Weight Balance ตัวสำคัญที่สุดก็คือตัวเค้าเรียกว่า Paylode กล้องที่เราจะใส่เข้าไปเพิ่มนี่แหละ ว่าภาระกิจมันคืออะไร”
โดยจุดเด่นของ eVTOL คือการที่มันสามารถบินขึ้นลงแนวดิ่ง แบบไม่ต้องใช้รันเวย์ โดยมีสมรรถนะสูง แข็งแรงและน้ำหนักเบา สามารถบินได้นานสูงสุด 3 ชม. ใน 1 ชม.สามารถบินครอบคลุมพื้นที่ 10,000 ไร่ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากใช้พลังงานไฟฟ้าและมีความดังเสียงต่ำ
การปฏิบัติงานแต่ละครั้ง มีค่าใช้จ่ายโดยเฉลี่ย 8,500 บาทต่อวัน โดยใช้การทำหน้าที่ของเจ้าหน้าที่ 4 คน ซึ่งหากใช้เฮลิคอปเตอร์ในการปฏิบัติภารกิจแบบเดิม จะมีค่าใช้จ่ายนับแสนบาท
นอกจากนี้ ยังมีจุดเด่นที่การใช้อุปกรณ์และวัสดุภายในประเทศ เมื่อเกิดการเสียหายจากการใช้งาน จึงสามารถซ่อมแซมได้ทันทีประหยัดเวลาในการรออะไหล่ รวมถึงการพัฒนา Software ที่ปรับเปลี่ยนได้ และข้อมูลในการบินที่จะถูกจัดเก็บอย่างปลอดภัย
ทีมวิจัย สจล.ได้พัฒนา eVTOL ออกมาใน 3 ขนาด คือ
ขนาดเล็ก ความยาวปีก 2.2 เมตร ใช้วัสดุโฟม EPO ฟิล์มอลูมิเนียม และพลาสติก PVC ซึ่งมีน้ำหนักเบาและทนทาน ระยะเวลาบินสูงสุด 95 นาที
ขนาดกลาง ความยาวปีก 2.5 เมตร ใช้วัสดุเคฟลาร์ เพดานบินสูงสุด 3,000 เมตร ใช้พลังงานจากแบตเตอรีลิเทียมไอออนทั้งหมด 5 ก้อน ระยะทางบินประมาณ 20 กิโลเมตร
ขนาดใหญ่ ความยาวปีก 3.3 เมตร ใช้วัสดุเคฟลาร์ เพดานบินสูงสุด 3,000 เมตร ความเร็วสูงสุด 100 กม./ชม. ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่รวมทั้งหมด 6 ก้อน ระยะทางการบินประมาณ 30 กิโลเมตร
โดยทั้ง 3 ขนาดจะมีการติดตั้งกล้องตามวัตถุประสงค์การใช้งาน
ผศ. ดร.เสริมศักดิ์ ได้อธิบายถึงการพัฒนา eVTOL ออกมาหลายขนาดเอาไว้ว่า “ทำไมต้องมีเล็ก กลาง ใหญ่ ก็เพราะพื้นที่อุทยาน มันก็มีทั้งพื้นที่แบบกว้าง ๆ ใหญ่ ๆ บินยาวที 30 กิโลเมตรก็ได้ กับพื้นที่บางส่วนที่มันต้องบินแล้วต้อง ซอกแซก ๆ ไปตามหุบเขาตามพื้นที่ภูมิประเทศ ซึ่งตัวที่ซอกแซก ๆ ตัวเล็กเนี่ยมันจะบินได้ดีกว่า เพราะมันเลี้ยวทีมันต้องตีวงกว้าง ถ้าบินไปไกล 20 กิโลเมตร เอาตัวใหญ่บินมันก็จะกวาดพื้นที่ไปได้เยอะกว่า ก็เลยมีการพัฒนาเป็น 3 แบบ ”
สำหรับขั้นตอนในการบิน จะมีการบินใน 2 โหมด คือ Pilot Control หรือ บินแบบอัตโนมัติ และแบบบังคับโดยนักบิน หรือ Manual Control ก่อนขึ้นบินจะต้องมีการกำหนดเส้นทางบินในระบบก่อน จากนั้นก่อนปล่อยตัว eVTOL จะต้องตรวจเช็กพื้นที่ในรัศมี 3 กิโลเมตร เพื่อไม่ให้มีสิ่งกีดขวางหรืออุปสรรคในการบินขึ้นลง
ซึ่งในโหมดการบินแบบอัตโนมัติ eVTOL จะบินเก็บภาพตามเส้นทางบินที่ถูกกำหนดไว้ในระบบด้วยตัวมันเอง ถ้าเจออุปสรรค เช่น ลมหรือฝนที่ตกลงมา โหมด Manual Control อาจต้องควบคุมบินเพื่อหลบก่อน แต่ถ้าเป็น Pilot Control ตัวโดรนจะสามารถบินกลับเข้ามาในเส้นทางได้เอง
จนกระทั่งภารกิจเรียบร้อย ถ้าเป็นข้อมูลแผนที่ก็เอาข้อมูลเหล่านี้ไปทำกระบวนการ Image Processting หรือ กระบวนการทางรูปภาพเพื่อที่จะแปลภาพออกมาเป็นแผนที่อีกครั้งหนึ่ง แต่ถ้าเกิดเป็นการบินสำรวจภาพ ก็จะส่งไปเก็บที่ Cloud โดยอัตโนมัติ
ในขณะที่ข้อจำกัดของ eVTOL คือสภาพการบินที่ต้องเจอกับฝน แม้ว่าตัวมอเตอร์จะทนนำได้ระดับ IP65 คือทนต่อฝุ่นและกันน้ำฝนเล็กน้อย แต่ชุดคอนโทรลซึ่งถือเป็นหัวใจสำคัญของ eVTOL ยังคงต้องได้รับการพัฒนาให้ทนต่อน้ำได้มากขึ้น
อย่างไรก็ตาม จนถึงปัจจุบัน มีการใช้ บินสำรวจทรัพยากรป่าไม้ในประเทศไทยตั้งแต่ปี 2565 ในพื้นที่ 11 อุทยานฯ รวมมากกว่า 1,200,000 ล้านไร่ หรือคิดเป็นพื้นที่ร้อยละ 10 ของพื้นที่ป่าทั้งหมด
ด้วยความมุ่งมั่นของทีมนักวิจัย ในการพัฒนาระบบและสมรรถนะของ eVTOL ให้สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ได้ไปโชว์ตัวในงานแสดงสินค้านวัตกรรมและเทคโนโลยีที่ใหญ่ที่สุดในโลก CES 2024 เมื่อช่วงต้นปีที่ผ่านมา โดยได้รับความสนใจจากผู้ร่วมงานจากหลายประเทศ จึงอาจเป็นข้อพิสูจน์ได้ว่า ความสามารถของนักพัฒนาไทยไม่แพ้ใครในเวทีโลก