http://update.se-ed.com     หน้าแรก    ฉบับก่อน      แนะนำ     ติดต่อเรา     สมาชิก     ซีเอ็ด      

ฉบับ 201 มิถุนายน 2547 ประจำฉบับ   o บอกกล่าว   o จดหมายถึงบ.ก.   o มองโลก   o มองไทย   o Space Hotline   o คุยกับชัยคุปต์   o นักวิทย์รุ่นเยาว์   o ประลองปัญญา   o เรื่องจากปก   o บทความ/สารคดี บอกรับจดหมายข่าว โปรดแจ้ง E-Mail ของคุณ Subscribe     Unsubscribe   Powered by YourMailinglist Provider.com   ดูจดหมายข่าวเก่า  Visitors:

เรื่องจากปก #201                 ก้าวย่างไปกับกิ้งกือ โครงงานวิทยาศาสตร์ที่คว้ารางวัลชนะเลิศในต่างแดน        นักเรียนผู้ทำโครงงานนี้ จากซ้ายได้แก่ ภูมิยศ วิมลกิตติวัฒน์ จารุพล สถิรพงษะสุทธิ(คนยืน) และขวาสุด ณัฐดนัย ปุณณะนิธิ           คนส่วนใหญ่พอเห็นกิ้งกือก็จะแหย่ให้มันม้วนตัวเล่น หรือไม่ก็เดินหนี แต่ว่ากลับมีเยาวชนไทยสามคนที่หลงเสน่ห์การเดินของกิ้งกือ แล้วพวกเขาก็สงสัยว่า “จะอธิบายรูปแบบการเคลื่อนไหวของขากิ้งกือด้วยสมการทางคณิตศาสตร์ได้หรือเปล่านะ?”          และนั่นเป็นที่มาของโครงงานคลื่นการเดินของกิ้งกือ ที่ได้เดินทางไปคว้ารางวัลที่ต่างประเทศมาแล้ว!   เริ่มต้นในฤดูฝน           หน้าฝนในปีพ.ศ. 2545 นักเรียนโรงเรียนเตรียมอุดมศึกษาคนหนึ่งที่ชื่อ ณัฐดนัย ปุณณะนิธิ ได้จับกิ้งกือที่เดินเล่นอยู่ในบริเวณโรงเรียนมาแกล้งเพื่อนๆ แม้เพื่อนฝูงจะโวยวายตาม ประสาวัยรุ่น แต่ก็มีเพื่อนอีกคนที่ชื่อ จารุพล สถิรพงษะสุทธิ ที่ไม่ได้แตกตื่นไปกับการเล่นแผลงๆ ในครั้งนี้         ทั้งสองคนเห็นการพริ้วไหวของปลายขากิ้งกือที่มีมากมายแล้วก็สะดุดใจขึ้นมาว่า การเคลื่อนไหวของขากิ้งกือดูมีรูปแบบ มีระบบ ราวกับคลื่นที่เคลื่อนที่ไปเรื่อย ตรงจุดนี้นี่เองที่ทำให้ทั้งสองคนคิดจะหาสมการมาอธิบายคลื่นการเคลื่อนที่ของขากิ้งกือให้ได้ โดยทั้งสองคนได้จับกิ้งกือตัวต้นเรื่องนี้ไปปรึกษาอาจารย์นิพนธ์ ศรีนฤมล อาจารย์ชีววิทยาซึ่งได้กลายเป็นอาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานนี้ต่อไป         ความคืบหน้าของโครงงานยังไม่ได้เดินทางไปไหนไกลนัก เหล่าบรรดากิ้งกือก็มีอันต้องหายหน้าหายตาไปตามฤดูกาล จนกระทั่งฝนใหม่ในปี พ.ศ. 2546 มาเยือนกรุงเทพฯ นักเรียนคนเก่งทั้งสองคนก็ได้เพื่อนสนิทอีกคนมาช่วยด้วยอีกแรง เพื่อนคนนี้ชื่อ ภูมิยศ วิมลกิตติวัฒน์         น้องทั้งสามคนได้ร่วมกันทำ  โครงงานส่งเข้าประกวดในงานสัปดาห์วิทยาศาสตร์แห่งชาติประจำปี พ.ศ. 2546 นั้นเอง โครงงานได้รับรางวัลชนะเลิศจนกลายเป็นโครงงานวิทยาศาสตร์ชนะเลิศระดับประเทศ และได้รับเลือกให้เป็นตัวแทนของประเทศไทยไปร่วมประกวดโครงงานด้านวิทยาศาสตร์ในระดับนานาชาติในงาน The 2004 Intel International Science and Engineering Fair (ISEF) ที่ประเทศสหรัฐอเมริการะหว่างวันที่ 9-15 พฤษภาคม พ.ศ. 2547 ที่ผ่านมา และสามารถคว้ารางวัลชนะเลิศของ Sigma Xi, The Scientific Research Society มาครองได้ สำเร็จ    วงกลมที่เคลื่อนที่             จากข้อสังเกตที่ว่า ขาของกิ้งกือมีลักษณะเคลื่อนที่คล้ายคลื่น และคลื่นที่พวกเราคุ้นเคยกันดีในทางวิทยาศาสตร์ก็จะเป็นคลื่นไซน์(sine wave) พวกเขาเริ่มจากจุดนั้น อย่างไรก็ตาม มีอยู่ครั้งหนึ่งที่กิ้งกือซึ่งจับมาได้นั้น  ขาได้ขาดไปข้างหนึ่ง คงเหลือเป็นตอให้เห็น และด้วยความพิการของขากิ้งกือตัวนี้ทำให้เกิดแนวคิดแปลกใหม่ขึ้นมา         “ขาที่ขาดของมันก็ยังคงเคลื่อนไหวไปพร้อมๆ กับขาที่สมบูรณ์ครับ แต่ว่า มันหมุนเป็นวงกลม จากจุดนี้เองทำให้เราคิดว่า การเคลื่อนไหวของขากิ้งกือในกรณีที่มันลอยอยู่บนอากาศ มันก็ต้องเคลื่อนไหวเป็นรูปวงกลมแน่ๆ เลย”         ความคิดขั้นต่อมาที่เข้ามาในสมองของพวกเขาก็คือ กิ้งกือเดินไปด้วย ขาแต่ละขาที่หมุนเป็นวงกลมก็จะต้องเคลื่อนที่ตามตัวกิ้งกือไปพร้อมๆ กัน และวงกลมที่เคลื่อนที่ไปด้วยนี้ ทาง คณิตศาสตร์เรียกว่า ไซคลอยด์ (cycloid) นั่นก็คือ สมการที่น่าจะใช้อธิบายการเดินของกิ้งกือก็ต้องเป็น สมการไซคลอยด์ เพียงแต่ว่าจะมีการปรับแต่ค่าพารามิเตอร์อย่างไรจึงจะสอดคล้องกันเท่านั้นเอง   ชำแหละปลายเท้ากิ้งกือ           สิ่งที่จะต้องทำก็คือ การปรับค่าพารามิเตอร์เพื่อให้อธิบายคลื่นของขากิ้งกือออกมา โดยการวัดค่าต่างๆ เพื่อนำไปใช้แก้ระบบสมการ โดยน้องทั้งสามคนได้ทำการทดลองดังนี้         การทดลองขั้นแรก เป็นการสังเกตลักษณะทั่วไปโดยการบันทึกภาพการเดินของกิ้งกือด้วยกล้องวิดีโอ แล้วนำภาพที่บันทึกมาวิเคราะห์ด้วยการพล็อตจุดเพื่อหาระยะขายกสูงสุด ส่วนค่าอื่นที่จะต้องวัดก็คือความเร็วของกิ้งกือ ความเร็วคลื่นของขากิ้งกือ และคาบการแกว่งของขากิ้งกือซึ่งทำโดยใช้นาฬิกาสามเรือนจับเวลาลักษณะที่สังเกตได้บนตัวกิ้งกือพร้อมกันสามอย่าง นั่นคือ ให้กิ้งกือเดินในท่อพลาสติกใส แล้ววัดเวลาที่หัวกิ้งกือเคลื่อนที่ในระยะที่กำหนด ซึ่งจะทำให้ได้ความเร็วของตัวกิ้งกือออกมา ในขณะเดียวกันก็จะทำการวัดเวลาที่คลื่น(เท้า)ลูกที่สังเกตเคลื่อนที่จากหัว ถึงท้าย ซึ่งจะทำให้ได้ความเร็วคลื่น และยังทำการจับเวลาขาสุดท้ายแกว่งขึ้นลงครบ 20 รอบแล้วหารด้วย 20 เพื่อหาคาบของมัน         สำหรับ การทดลองในขั้นที่สอง เป็นการยืนยันสมมติฐานที่ได้ตั้งไว้  ซึ่งยังแบ่งออกเป็นสองขั้นตอนคือ หนึ่ง การพิสูจน์ทางทฤษฎีผ่านการสร้างระบบสมการ และ สอง การพิสูจน์ด้วยการทดลองยืนยัน               ภาพการจำลองแบบด้วยคอมพิวเตอร์ แสดงการเคลื่อนที่ของขากิ้งกือ ในการพิสูจน์ทางทฤษฎีนั้น พารามิเตอร์ในสมการที่จะมาอธิบายคลื่นการเดินของกิ้งกือนั้นก็มี ระยะความสูงที่ขายกได้,ความเร็วของตัวกิ้งกือ,ความเร็วของคลื่นที่ขาวิ่งไป และคาบในการแกว่งขาครบหนึ่งรอบ ซึ่งสามารถวัดได้โดยตรงจากการทดลอง หลังจากนั้นจึงนำไปสร้างระบบสมการจนนำไปสู่สมการสุดท้ายในการอธิบายคลื่นการเดินของกิ้งกือออกมา (ดูสมการได้จากนิตยสาร UpDATE ฉบับตีพิมพ์)         ส่วนการทดลองเพื่อยืนยันว่าสามารถอธิบายการเคลื่อนที่ของขากิ้งกือได้ตามสมการที่คิดนั้น จะเป็นการวิเคราะห์ดูความสอดคล้องของการเคลื่อนไหวของเท้ากิ้งกือกับสมการที่เรียกว่า วิเคราะห์การถดถอย (regression) ซึ่งเมื่อทำการวิเคราะห์แล้วก็พบว่า มีระดับความสอดคล้องอยู่ที่ราวๆ 80 เปอร์เซ็นต์ นั่นก็พอจะสรุปได้ว่า เราน่าจะสามารถอธิบายการเคลื่อนที่ของขากิ้งกือได้ตามสมการไซคลอยด์ที่ได้คิดไว้จริง          หลังจากนั้น น้องทั้งสามก็ยังนำสมการไปทำการจำลองแบบด้วยคอมพิวเตอร์โดยการเขียนโปรแกรมสร้างภาพการเคลื่อนไหวของขากิ้งกือออกมา โดยจะมีภาพขาของกิ้งกือเมื่อมองจากด้านข้าง และด้านใต้ท้องให้เห็นบนจอคอมพิวเตอร์   ผลของหยาดเหงื่อ             หลังจากที่น้องทั้งสามคนได้เป็นตัวแทนของประเทศไทยเพื่อไปร่วมงาน ISEF พวกเขาก็ได้ทบทวน ปรับแก้โครงงานให้สมบูรณ์ที่สุด โดยที่การไปร่วมงานนี้ก็ไม่ได้คาดหวังอะไรมากมายนัก เพราะเท่าที่ผ่านมา แม้ประเทศไทยจะเข้าร่วมงานนี้หลายครั้ง แต่ก็ไม่ได้รางวัลใหญ่เลย โดยที่โครงงานของ นักเรียน นักศึกษาจากต่างประเทศดูจะก้าวหน้ากว่าเราอยู่ไม่น้อย         อย่างไรก็ตาม คณะกรรมการจากสมาคมวิจัยวิทยาศาสตร์ซิกมา ไซ ได้ มาซักถามน้องทั้งสามในช่วงเย็นก่อนการตัดสิน นับเป็นเรื่องที่แปลกจนทำให้คณะตัวแทนจากประเทศไทย ตื่นเต้นกัน เพราะนี่แสดงว่าน่าจะมีอะไรสักอย่างแล้ว และมันก็เป็นเช่นนั้นจริงๆ เมื่อผลประกาศออกมาว่า โครงงานคลื่นการเดินของกิ้งกือ (ใช้ชื่อในการแข่งขันว่า “Walking With a Millipede”) ได้รับรางวัลชนะเลิศของซิกมา ไซ ในฐานะที่เป็นโครงงานตัวอย่างที่มีการบูรณาการความรู้สาขาวิชาต่างๆ ได้หลากหลาย รวมทั้งมีความคิดสร้างสรรค์         ซิกมา ไซ นั้นเป็นสมาคมระหว่างประเทศที่มีสมาชิกกว่า 70,000 คนทั้งที่เป็นนักวิทยาศาสตร์และวิศวกร เป็นผู้จัดพิมพ์วารสาร American Scientist นับเป็นสมาคมทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญแห่งหนึ่ง รางวัลจากสมาคมนี้จึงจัดเป็นรางวัลใหญ่รางวัลหนึ่งในหลายๆ รางวัลที่มีการมอบให้ในงานนี้                                                โดย... ไพรัตน์ ยิ้มวิลัย อ่านเรื่องของโครงงารคลื่นการเดินของกิ้งกืออย่างละเอียดพร้อมภาพประกอบได้จากนิตยสาร UpDATE ฉบับ 201 มิถุนายน 2547 พบกับเรื่องนี้ได้ที่ : http://update.se-ed.com/201/millipede.htm กลับไปหน้าเรื่องจากปก   UpDATE นิตยสารรายเดือน ราคาฉบับละ 60 บาท http://update.se-ed.com อัตราสมาชิก 12 ฉบับ 720 บาท จัดพิมพ์โดย บริษัท ซีเอ็ดยูเคชั่น จำกัด(มหาชน) อาคารเนชั่นทาวเวอร์ ชั้น 19 เลขที่ 46/87-90 ถ.บางนา-ตราด แขวงบางนา เขตบางนา กรุงเทพฯ 10260 โทร.0-2751-5800, 0-2751-4175 โทรสาร 0-2751-5059 E-mail : update@se-ed.com