“Chess Robot” หุ่นยนต์เล่นหมากรุกสากล
ผลงานการผนวกศาสตร์ความรู้จากห้องเรียน

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.)

แขนกลเป็นหุ่นยนต์ประเภทนึงที่มีการนำมาประยุกต์ใช้งานได้อย่างหลากหลาย โดยหุ่นยนต์ที่นำมาใช้งานในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่จะเป็นแขนกลที่นำเข้ามาจากต่างประเทศ และเป็นการออกแบบให้เหมาะกับการใช้งานในอุตสาหกรรม ที่จำเป็นต้องมีความแข็งแรงสามารถหยิบจับได้อย่างแน่นหนา หรือเคลื่อนย้ายวัตถุอย่างรวดเร็ว เพื่อตอบสนองต่อความต้องการด้านอุตสาหกรรมการผลิต

ทั้งนี้การนำแขนกลประเภทดังกล่าวมาใช้เล่นหมากรุกกับมนุษย์  ดังกรณีข่าวหุ่นยนต์เล่นหมากรุกหักนิ้วเด็กคู่แข่งขันที่ประเทศรัสเซีย จึงเป็นการประยุกต์ใช้งานหุ่นยนต์ที่ผิดจากจุดประสงค์ของผู้ออกแบบ ทำให้เกิดความผิดพลาดในการใช้งานได้

ขณะที่ “หุ่นยนต์แขนกลเล่นหมากรุกสากล หรือ (Chess Robot)” เป็นการออกแบบจากนักศึกษาของสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (FIBO) ที่เฉพาะเจาะจงในการนำมาประยุกต์ใช้กับการเล่นหมากรุกกับมนุษย์โดยเฉพาะ ความสามารถในการหยิบจับและการเคลื่อนที่จะอยู่ในระดับที่ปลอดภัยสำหรับผู้เล่นมากกว่าแขนกลที่ออกแบบไว้สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม

ทั้งนี้ หุ่นยนต์แขนกลเล่นหมากรุกสากลนี้ถูกนำมาจัดแสดงภายในบางกอกวิทยา ณ พิพิธภัณฑ์เด็กทุ่งครุ ระหว่างวันที่ 20-21 ส.ค. และวันที่ 27-28 ส.ค. 2565 เนื่องจากเดือนสิงหาคม เป็นเทศกาลวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ตามนโยบาย 12 เทศกาลตลอดปีทั่วกรุงเทพฯ ของนายชัชชาติ สิทธิพันธุ์ ผู้ว่าราชการกรุงเทพมหานคร ซึ่งตลอดการจัดงานดังกล่าวหุ่นยนต์แขนกลเล่นหมากรุกสากล ได้รับความสนใจจากเด็ก ๆ เยาวชนและผู้ปกครองเข้าร่วมชมและประลองฝีมือการเล่นหมากรุกกับหุ่นยนต์กันเป็นจำนวนมาก

นอกจากนี้ยังเตรียมนำไปจัดแสดง FIBO ON TOUR 2022 ภายในงาน AI/ROBOTICS FOR ALL EXPO 2022 ที่จะมีขึ้นในวันที่ 17-18 กันยายน 2565 ณ ลานกิจกรรม ชั้น 1 เซ็นทรัลพลาซ่า แกรนด์ พระรามเก้า

หุ่นยนต์เล่นหมากรุกสากลนี้ เป็นผลงานภาคบังคับ Class Project Module 8-9 ปีการศึกษา 2563 ในวิชา Robotics Studio ของนักศึกษาชั้นปีที่ 3 หลักสูตรวิศวกรรมศาสตรบัณฑิต สาขาวิชาวิศวกรรมหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ (FIBO Robotics and Automation (FRA)) ระดับปริญญาตรี สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (FIBO) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.)

ดร.ณรงค์ศักดิ์ ถิรสุนทรากุล อาจารย์ประจำสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (FIBO) กล่าวว่า หุ่นยนต์ดังกล่าวเป็นผลงานในเวลาเรียนของนักศึกษาชั้นปี 3 ที่จะต้องทำโปรเจกต์ส่งก่อนขึ้นปี 4 โดยนักศึกษาจะรวมกลุ่มกัน 7 คน นำความรู้จากรายวิชาที่ได้เรียนทั้งหมดตั้งแต่ปี 1 ถึงปี 3 อย่างน้อย 3-4 วิชามาประยุกต์ใช้ร่วมกับรายวิชาภายใน Module 8-9 ไม่ว่าจะเป็น Artificial Intelligence for Robotics and Automation Engineering, Introduction to Robotics และ Computer aided Technologies นำมาใช้ในการออกแบบ การสร้างแผงวงจรไฟฟ้า ประยุกต์ร่วมกับการอ่านแบบและเขียนแบบทางวิศวกรรม การเขียนโปรแกรม การใช้อุปกรณ์เครื่องมือทางกลและทางอิเล็กทรอนิกส์ ระบบเซนเซอร์ มาร่วมกันสร้างผลงานภาคบังคับ ซึ่งโจทย์ในปีนี้ก็คือการสร้างแขนกลแบบอนุกรม หุ่นยนต์ที่สามารถเล่นหมากรุกสากลแข่งกับมนุษย์ได้

โดยกำหนดขอบเขตงานเบื้องต้น ให้หุ่นยนต์จะต้องเรียนรู้วิธีการเล่นหมากรุกของคน และต้องสอนวิธีการเล่นหมากรุกตามเป้าหมาย คือ ไม่จำเป็นต้องเล่นให้ชนะคน ให้หุ่นยนต์เล่นหมากรุกกับคนให้ได้ครบ 15 ตา และไม่แพ้ก่อน 15 ตา ก็ถือว่าสอบผ่านแล้ว ดังนั้น นักศึกษาจึงไม่จำเป็นต้องทำให้หุ่นยนต์เล่นเก่งมากนัก เพราะวัตถุประสงค์หลักคือต้องการเน้นให้นักศึกษาได้เรียนรู้วิธีการนำความรู้ต่าง ๆ ที่เรียนในหลาย ๆ วิชามาทำงานร่วมกัน มาสร้างผลงานตามโจทย์ที่กำหนดไว้

เพราะ ‘การเรียนรู้ที่ดีที่สุด คือ การลงมือทำ’ นักศึกษาฟีโบ้จะได้ทำหุ่นยนต์กันทุกเทอม ยกเว้นปี 1 เทอม 1 สำหรับหลักสูตร 2556 (หลักสูตรเก่า) ซึ่งจะมีโจทย์ที่อาจารย์กำหนดไว้ให้ได้ทดลองทำแต่ละเทอม โดยจะมีการปรับเปลี่ยนโจทย์ไปเรื่อย ๆ เพื่อให้เหมาะกับสถานการณ์ปัจจุบัน

สำหรับโจทย์ที่ใช้กับนักศึกษาชั้นปีที่ 3 นี้ เราตั้งใจออกแบบโจทย์มาให้นักศึกษาได้เรียนรู้เกี่ยวกับวิทยาการหุ่นยนต์ โดยที่สามารถบูรณาการความรู้ ทั้งเรื่องของเครื่องกล ไฟฟ้า คอมพิวเตอร์ และออกแบบเป็นหุ่นยนต์ระบบอุตสาหกรรมหรือระบบอัตโนมัติต่าง ๆ ตามโจทย์ที่ต้องการ โดยให้นักศึกษานำมาออกแบบร่วมกัน เพื่อให้หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่และหยิบตัวหมากได้ตามขนาดและน้ำหนักตัวหมากที่กำหนดไว้ และมีระยะเวลาในการทำภายใน 1 เทอม หรือ 4 เดือน ก่อนขึ้นปี 4

โดยมีกำหนดโจทย์ไว้ ดังนี้ 1. แขนกลจะต้องมีองศาอิสระอย่างน้อย 4 องศา (4 DOF ไม่นับ gripper) 2.แขนกลสามารถเชื่อมต่อกันเป็นข้อๆ มีข้อต่อแบบเลื่อนได้มากสุด แค่ข้อต่อเดียว (ไม่นับ gripper) 3. ออกแบบมือจับ หรือ griper ในการหยิบจับวัตถุที่มีรูปร่างแตกต่างกันได้ 4. หุ่นยนต์ต้องมีน้ำหนักไม่เกิน 15 กิโลกรัม (ไม่รวมตู้ไฟ) 5. น้ำหนักตัวหมากไม่เกิน 200 กรัม 6. สามารถใช้กล้องได้ไม่เกิน 2 ตัวต่อ 1 กลุ่ม ติดตรงไหนก็ได้ ทำ station เพิ่มได้ (น้ำหนัก station ไม่รวมกับหุ่น) 7. ใช้ AI เป็น หรือ สอน AI ให้ประเมินผลได้ว่าเดินแบบไหนจึงจะชนะคนได้ 8. สามารถรองรับกติกาการเล่นหมากรุกสากลพื้นฐานได้ 9. สามารถกินตัวหมากฝ่ายตรงข้ามได้ (นำตัวหมากฝ่ายตรงข้ามออกจากตำแหน่ง และนำหมากตนเองวาง)

ศิษย์เก่าฟีโบ้ ที่ได้ทำโจทย์นี้ (เพิ่งจบการศึกษาปีนี้) นายธนทัต พรประเสริฐ หรือ จูล่ง กล่าวว่า “การทำ Class Project เป็นการใช้ความรู้จากหลายๆ ส่วน เช่น เมคคาทรอนิกส์  อิเล็กทรอนิกส์ การออกแบบโปรแกรม AI เอามาผนวกกัน ความยากของการทำงานคือทำอย่างไรที่จะให้การทำงานของระบบประสานกันได้มากที่สุด สิ่งที่ได้รับคือเรื่องของการทำงานร่วมกันเป็นทีม ทำให้ได้ผลงานออกมาดี ส่วนตัวชอบวิชา Robotics Studio เพราะได้ทำงานร่วมกับคนอื่นๆ และได้นำความรู้หลาย ๆ อย่างมารวมกัน จนกลายมาเป็นผลงานชิ้นนี้”

ขณะที่ น.ส.ภัทรานิษฐ์ ประทุนเกตุ หรือ มาย กล่าวเสริมว่า“ในแต่ละเทอมจะมีการทำโปรเจกต์ย่อย ๆ มาตลอด ดังนั้น สิ่งที่ได้รับคือการบูรณาการความรู้ที่ได้เรียนมาตลอดตั้งแต่ปี 1 จนถึงภาคเรียนในปัจจุบันเอามาประยุกต์ใช้กับโจทย์จริงก็เหมือนกับเป็นการเตรียมความพร้อมอย่างหนึ่งก่อนที่เราจะได้ออกไปทำงาน คิดว่า การได้ทำ Class Project เป็นสิ่งที่ดีที่ได้มีโอกาสลงมือทำในตอนที่ยังเรียนอยู่ และสิ่งที่ได้รับนอกจากเรื่องของการทำงานร่วมกันกับผู้อื่นแล้ว ยังได้เรียนรู้เรื่องของการสื่อสาร เพราะการจะทำหุ่นยนต์นั้นจะต้องใช้คนจากหลาย ๆ ฝ่ายมาร่วมกันถึงจะทำหุ่นยนต์ขึ้นมาได้ ส่วนตัวชอบอิเล็กทรอนิกส์ ที่ฟีโบ้ไม่ได้สอนเพียงแค่ทฤษฎีอย่างเดียว นอกจากความรู้พื้นฐานแล้ว ยังสอนให้ต่อวงจรเอง ให้เราได้ลงมือทำ”

ด้านนายเมธัส มานวกุล หรือ น้องกานต์ กล่าวว่า วิชา Module มีความสำคัญมาก เพราะในส่วนที่ผมทำและรับผิดชอบในการทำหุ่นยนต์ตัวนี้ จะแตกต่างกันจากเพื่อนคนอื่นเพราะไม่ใช่เรื่องของการต่อวงจร หรือโปรแกรม จะไม่ใช่สิ่งที่ออกมาให้เห็นหรือจับต้องได้ แต่เป็นงานเชิงรูปภาพที่ต้องไปหาค่าความสัมพันธ์เพื่อให้ได้สมการออกมา ซึ่งถ้าเราเรียนเพียงทฤษฎีอย่างเดียว ไม่ได้มีการนำความรู้จากที่เรียนมาลงมือทำ ก็เหมือนเราไม่ได้อะไรจากที่เรียนมาเลย คือ ว่างเปล่า แต่พอได้มาทำ Class Project และได้ผลตามที่เราจำลอง หรือ simulation ก่อนที่จะนำไปใช้ มันจะรู้สึกว่า wow มาก และผลงานที่ทำก็สามารถไปเชื่อมต่อการทำงานกับระบบอื่น ๆ ได้

“สิ่งที่ได้รับจากการมาเรียนที่นี้ คือ การทำงานเป็นทีม การวางแผน และการแก้ปัญหา เช่น ตอนเรียนบางทีคิดว่าโจทย์ที่ได้เป็นโจทย์ง่าย ๆ แต่พอได้โจทย์หุ่นยนต์เล่นหมากรุกมานี้ ตอนที่ทำก็มีปัญหาเกิดขึ้นเรื่อย ๆ แม้เราจะทำตามสิ่งที่เรียนมา แต่บางครั้งก็มีบ้างที่ต้องดัดแปลง เช่น บางอย่างก็ไม่ต้องทำตามทฤษฎีก็ได้ แต่อาจต้องมีการประยุกต์เพื่อให้ผลออกมาแล้วสามารถทำงานได้ตามที่โจทย์กำหนด ซึ่งประสบการณ์ที่ได้เรียนรู้มาสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับการประกอบอาชีพได้ เช่น เวลาที่จะทำอะไร จะต้องจำลองผลก่อนที่จะทำ เป็นการคิดวางแผนไว้ก่อน ไม่ใช่ทำไปแล้วมีปัญหาค่อยมาแก้ทีหลัง รู้สึกคิดถูกและดีใจที่ได้มาเรียนที่ฟีโบ้”  น้องกานต์ กล่าว

อย่างไรก็ตาม หุ่นยนต์เล่นหมากรุกสากล หรือ Chess Robot นี้ เป็นผลงานของนักศึกษาชั้นปีที่ 3 รุ่นสุดท้ายสำหรับ Class Project Module 8-9 ในวิชา Robotics Studio ซึ่งเป็นหลักสูตรเก่าปี 2556 โดยการเรียน Class Project ที่เกี่ยวกับการออกแบบแขนกลนี้จะเปลี่ยนจากนักศึกษาชั้นปีที่ 3 มาเป็นนักศึกษาชั้นปีที่ 2 แทน ในหลักสูตรใหม่ที่เริ่มใช้ปี 2562 ซึ่งจะมีการลดระดับความยากของโจทย์ในการทำแขนกลให้น้อยลง และเปิดโอกาสให้นักศึกษามีอิสระในการเลือกเรียนวิชาเลือกที่ตนเองสนใจในชั้นปีที่ 3 ได้มากขึ้น