ภาพรวมของการสร้างนวัตกรรมด้วยระบบสมองกลฝังตัว

นวัตกรรมคืออะไร

นวัตกรรม (Innovation) มีความหมายในทำนองว่า ความคิดใหม่ ๆ การคิดสร้างสรรค์ การจินตนาการถึงสิ่งใหม่ ๆ ในรูปแบบของอุปกรณ์หรือวิธีการ นวัตกรรมนี้ถูกมองเสมือนกับการประยุกต์ใช้ของบางสิ่งบางอย่าง ที่เป็นคำตอบของความต้องการใหม่ ๆ หรือความต้องการที่ไม่ชัดเจน การสร้างนวัตกรรมเริ่มจากการเล็งเห็นถึงการได้ประโยชน์จากการสรรสร้างสิ่งใหม่ ๆ ที่ทำให้ระบบเดิมมีประสิทธิภาพดียิ่งขี้นจากเทคโนโลยีที่มีในปัจจุบัน นวัตกรรมหนึ่ง ๆ ต้องมีความแปลกใหม่ (Originality) และมีประสิทธิภาพ ทำให้สังคมหรือตลาดยอมรับและนำไปใช้ต่อ โดยคำว่า นวัตกรรม มักถูกนำไปเชื่อมโยงกับคำว่า การประดิษฐ์ (Invention) โดยทั้งสองคำนี้มีความหมายที่สัมพันธ์กัน แต่คำว่านวัตกรรมนั้นมักจะหมายถึงสิ่งที่นำไปใช้ได้จริง มีผลกระทบต่อเศรษฐกิจและสังคม มากกว่าการประดิษฐ์สิ่งประดิษฐ์เท่านั้น โดยนวัตกรรมนี้มักจะสรรสร้างจากกระบวนการทางวิศวกรรมซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้แก้ปัญหาทางเทคนิคโดยอาศัยความรู้ทางวิทยาศาสตร์เป็นสำคัญ

นวัตกรรมหนึ่ง ๆ อาจถูกมองได้สองด้าน คือ (1) ระดับความแปลกใหม่ (Novelty) คือแปลกใหม่ในระดับท้องถิ่น แปลกใหม่ในระดับตลาด แปลกใหม่ในระดับอุตสาหกรรม หรือ แปลกใหม่ในโลก และ (2) ประเภทของความแปลกใหม่ คือในด้านสิ่งของหรือด้านกระบวนการ โดยปัจจุบันเราสามารถมองแบ่งแยกได้อย่างชัดเจนระหว่างสิ่งที่เป็นนวัตกรรมและความคิดสร้างสรรค์ ในหนังสือเล่มนี้ จะกล่าวถึงความรู้พื้นฐานที่สามารถนำไปใช้ต่อยอดในการสร้างนวัตกรรมได้

ระบบสมองกลฝังตัว

เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ถือเป็นเทคโนโลยีที่มีการพัฒนาอย่างมากในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา โดยระบบสมองกลฝังตัว (Embedded System) คือระบบประมวลผลที่ใช้ไมโครโพรเซสเซอร์ (Microprocessor) หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ (Microcontroller) ที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับอุปกรณ์ที่ผู้ประดิษฐ์สรรสร้างขึ้น โดยการใช้ระบบสมองกลฝังตัวนี้ จะทำให้อุปกรณ์ที่สร้างขึ้นมีความฉลาดหรือ สมาร์ท (smart) ขึ้นเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ไม่มีระบบนี้ ปัจจุบันระบบสมองกลฝังตัวถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ทั้งในยานพาหนะ เครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้านและสำนักงาน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ทั้งนี้เนื่องจากทรัพยากร (ความเร็วและหน่วยความจำ) ของชิปประมวลผลมีประสิทธิภาพเพียงพอสำหรับการใช้งานประเภทนี้

ปัจจุบันการสร้างนวัตกรรมจากสิ่งประดิษฐ์อิเล็กทรอนิกส์จึงเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นและพบเห็นได้บ่อย ๆ ตัวอย่างเช่นเทคโนโลยีหุ่นยนต์ (รูปที่ 1.1 (ก)) และเทคโนโลยีอากาศยานไร้คนขับหรือโดรน (รูปที่ 1.1(ข)) ที่มีให้เห็นกันอย่างแพร่หลาย และเริ่มเข้ามาในชีวิตประจำวันมากขึ้น โดยเบื้องหลังของการสร้างนวัตกรรมด้วยเทคโนโลยีเหล่านั้นส่วนมากจะมีการนำระบบสมองกลฝังตัวไปใช้ เพื่อทำให้ระบบมีความแปลกใหม่ สามารถทำในสิ่งที่อาจไม่เคยทำได้มาก่อน

รูปที่ 1.1 ตัวอย่างนวัตกรรมในเทคโนโลยีด้าน (ก) หุ่นยนต์ และ (ข) อากาศยานไร้คนขับ (ภาพ (ก) และ (ข) จาก https://www.ecnmag.com/news/2019/01/top-10-robotic-innovations-2018 และ https://airdronecraze.com/drone-trends/ ตามลำดับ)

การศึกษาในทางวิศวกรรมเพื่อให้มีความรู้ ความสามารถ ในการนำไปพัฒนาระบบสมองกลฝังตัวขึ้นมาได้นั้น จะต้องอาศัยความรู้ในหลายสาขาวิชา โดยอาจแบ่งเนื้อหาวิชาที่จำเป็นต้องใช้เป็น 3 ส่วน คือ วิชาการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ (Computer Programming) วิชาด้านอุปกรณ์และวงจรอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Devices and Circuits) และ วิชาด้านไมโครโพรเซสเซอร์หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ (Microprocessor/ Microcontroller) โดยนอกจากความรู้ในวิชาเหล่านี้แล้ว ผู้ที่ต้องการพัฒนาระบบสมองกลฝังตัวขึ้นมาเป็นนวัตกรรมนั้นจะต้องมีทั้งความคิดสร้างสรรค์และการติดตามเทคโนโลยที่สนใจอย่างสม่ำเสมอด้วย

รูปที่ 1.2 องค์ประกอบของการสร้างสรรค์นวัตกรรมด้วยระบบสมองกลฝังตัว ที่ประกอบด้วยความรู้จากวิชาต่าง ๆ ความคิดสร้างสรรค์และการติดตามเทคโนโลยี

เทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง

เทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (Internet of Things, IoT) เป็นเทคโนโลยีที่อาศัยฐานความรู้เกี่ยวกับระบบสมองกลฝังตัว และเป็นเทคโนโลยีที่กำลังได้รับความสนใจอย่างมากในปัจจุบัน โดยแนวคิดเรื่องการเชื่อมต่อสิ่งต่าง ๆ นี้จะมีมาตั้งแต่ยุคต้นปี 1980 แต่ยังไม่มีการใช้งานอย่างแพร่หลาย เนื่องจากความสามารถในการเชื่อมต่อเป็นเครือข่ายของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในขณะนั้นยังไม่เพียงพอ ต่างกับในปัจจุบัน โดยปัจจุบัน เราสามารถทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ปฏิสัมพันธ์และ/หรือแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างกันได้โดยง่าย และเรียกว่าอุปกรณ์เหล่านี้ว่า อุปกรณ์ IoT

องค์ประกอบพื้นฐานของสิ่งที่เรียกว่าอุปกรณ์ IoT อาจแบ่งเป็น 2 ส่วน คือ ฮาร์ดแวร์ (hardware) และ ซอฟต์แวร์ (software) โดยนวัตกรรมทั่วไปนั้นอาจจะมีเพียงส่วนเดียวคือฮาร์ดแวร์หรือซอฟต์แวร์เท่านั้นก็ได้ แต่สำหรับนวัตกรรมที่สร้างด้วยระบบสมองกลฝังตัว ก็คงจะขาดส่วนใดส่วนหนึ่งไม่ได้ โดยสำหรับอุปกรณ์ IoT ทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์จะต้องมีส่วนที่เกี่ยวข้องกับระบบเครือข่ายที่ใช้เชื่อมต่อข้อมูลต่าง ๆ อีกด้วย

ปัจจุบันอุปกรณ์ IoT แบ่งได้เป็นหลายประเภท โดยมีประเภทที่ได้รับความสนใจมาก (เรียงตามลำดับ โดยอ้างอิงจาก iot-analytics.com) คือ

บ้านอัจฉริยะ (Smart Home) หรือบ้านอัตโนมัติ (Home Automation) ซึ่งเป็นกลุ่มอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อของใช้ในบ้าน เช่น เครื่องวัดอุณหภูมิ เครื่องตรวจสอบควัน ไฟส่องสว่าง เครื่องใช้ไฟฟ้า เครื่องเล่นเกมส์ เครื่องเสียง กลอนประตู/หน้าต่าง

อุปกรณ์สวมใส่ (Wearables) โดยอุปกรณ์จำพวกนาฬิกาอัจฉริยะ (Smart Watch) ถือเป็นกลุ่มอุปกรณ์ที่กำลังได้รับความนิยมอย่างมากในปัจจุบัน

เมืองอัจฉริยะ (Smart City) ถือเป็นกลุ่มที่มีการใช้อุปกรณ์ IoT เป็นวงกว้าง มีทั้ง ระบบไฟจราจรอัจฉริยะ ระบบบริหารการแจกจ่ายน้ำ ระบบความปลอดภัย ระบบสังเกตการณ์สิ่งแวดล้อมต่าง ๆ โดยการใช้เทคโนโลยี IoT ในกลุ่มนี้ มีจุดประสงค์หลักเพื่อพัฒนาการใช้ชีวิตในเมืองให้สะดวกมากยิ่งขึ้น และ/หรือ แก้ปัญหาต่าง ๆ ที่พบเห็นได้ทั่วไปในเมือง (เช่นปัญหาจราจร อาชญากรรมและมลพิษ)

สมาร์ทกริด (Smart Grid) เป็นการนำเทคโนโลยี IoT มาใช้ส่งข้อมูลต่าง ๆ เพื่อที่จะให้ระบบการจ่ายไฟฟ้ามีประสิทธิภาพ มีเสถียรภาพ และประหยัดมากยิ่งขึ้น

อินเทอร์เน็ตอุตสาหกรรม (Industrial Internet) คือระบบการผลิตอัจฉริยะหรือโรงงานอันฉริยะ ที่มีการนำเอาอุปกรณ์ IoT มาติดตั้ง เพื่อที่จะทำให้ระบบการผลิตมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น

ยานยนต์ที่เชื่อมต่อ (Connected Car) สำหรับยานยนต์แห่งอนาคต คงยังไม่มีใครตอบได้ชัดเจนว่าจะออกมาในทิศทางใด แต่ไม่ว่าจะเป็นยานยนต์ไร้คนขับ, ยานยนต์ไฟฟ้า หรือยานยนต์กึ่งอัตโนมัติ แนวคิดการเชื่อมต่อยานยนต์ต่าง ๆ การใช้ระบบแผนที่นำทางและระบบไฟจราจร น่าจะเป็นแนวคิดหนึ่งที่จะถูกนำมาใช้กับยานยนต์ทุกประเภท ซึ่งอุปกรณ์เหล่านั้นล้วนต้องอาศัยเทคโนโลยี IoT

ระบบสุขภาพที่เชื่อมต่อ (Connected Health) หรือในชื่อระบบสุขภาพดิจิทัล (Digital Health) ระบบสุขภาพทางไกล (Telehealth/Telemedicine) เป็นแนวคิดที่จะนำระบบการดูแลสุขภาพมาเชื่อมต่อกันและนำอุปกรณ์อัจฉริยะทางด้านการแพทย์มาใช้ ด้วยเทคโนโลยีที่มีในปัจจุบัน การตรวจสุขภาพทางไกลแบบเวลาจริงสามารถทำได้จริงและระบบช่วยการตัดสินใจในการวินิจฉัยโรคได้พัฒนาขึ้นไปมาก

นอกจากเทคโนโลยีที่กล่าวมาข้างต้น แล้วยังมีเทคโนโลยี การค้าปลีกอัจฉริยะ (Smart Retail) โซ่อุปทานอัจฉริยะ (Smart Supply Chain) และ ฟาร์มอัจฉริยะ (Smart Farming) ซึ่งกำลังได้รับความนิยมสนใจเพิ่มขึ้นในปัจจุบัน