PhenoRobot หุ่นยนต์ตรวจวัดฟีโนไทป์พืชเพื่อการวิจัยและการผลิตพืชในระดับอุตสาหกรรม

ที่ผ่านมาการวิจัยและพัฒนากระบวนการผลิตพืช โดยเฉพาะพืชเศรษฐกิจและพืชสมุนไพรที่ให้สารสำคัญมูลค่าสูง นักวิจัยต้องวัดและจัดเก็บข้อมูลฟีโนไทป์ (phenotype) ซึ่งเป็นลักษณะปรากฏของพืช เช่น ความสูงของต้น ขนาดและสีของใบ อัตราการเจริญเติบโต ปริมาณผลผลิต และคุณสมบัติของผลผลิต ที่เป็นผลจากปัจจัยทางพันธุกรรมและสิ่งแวดล้อมเพื่อใช้เป็นข้อมูลประกอบการวิจัย ซึ่งทั่วไปกระบวนการนี้ต้องใช้ทั้งเวลาและแรงกายในการปฏิบัติงานมาก

แต่ปัจจุบันด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยี ทำให้ห้องปฏิบัติการชั้นนำของหลายประเทศเริ่มนำระบบ High-Throughput Phenotyping (HTPP) หรือระบบตรวจวัดและประมวลผลข้อมูลฟีโนไทป์ของพืชแบบอัตโนมัติมาใช้งานกันมากขึ้นแล้ว เพราะนอกจากจะช่วยอำนวยความสะดวกเรื่องการเก็บข้อมูล ยังช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานเข้าถึงข้อมูลที่สำคัญต่อการวิจัยได้รวดเร็วยิ่งขึ้น

กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) โดยศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค) ร่วมกับศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (ไบโอเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) พัฒนา PhenoRobot (ฟีโนโรบอต) หุ่นยนต์ตรวจวัดฟีโนไทป์ของพืชที่ปลูกในโรงงานผลิตพืชด้วยแสงเทียม (Plant Factory with Artificial Lighting) และระบบซอฟต์แวร์สำหรับบริหารจัดการและประมวลผลข้อมูลให้อยู่ในรูปแบบพร้อมใช้งาน ปัจจุบันอยู่ระหว่างทดสอบใช้งานจริงในพื้นที่โรงงานผลิตพืชของ สวทช.

PhenoRobot ยกหน้าที่จัดเก็บข้อมูลให้หุ่นยนต์

ดร.ธีระ ภัทราพรนันท์ นักวิจัยอาวุโสทีมวิจัยเทคโนโลยีเกษตรดิจิทัล เนคเทค สวทช. อธิบายว่า PhenoRobot เป็นหุ่นยนต์ต้นแบบสำหรับใช้จัดเก็บข้อมูลฟีโนไทป์ของพืชในโรงงานผลิตพืชที่มีการจัดวางพื้นที่เพาะปลูกเป็นแบบ 4 ชั้น โดย PhenoRobot มีรูปทรงกะทัดรัด สูง 2.4 เมตร น้ำหนัก 60 กิโลกรัม ลำตัวมีกล้องถ่ายภาพสองมิติและสามมิติ ติดตั้งตามแนวดิ่งจำนวน 4 ชุด แต่ละชุดห่างกันประมาณ​ 45 เซนติเมตร เพื่อเก็บข้อมูลแต่ละชั้นปลูก

“PhenoRobot ผ่านการออกแบบให้เคลื่อนไหวได้คล่องตัวในพื้นที่จำกัด เคลื่อนที่ไปปฏิบัติงานตามจุดต่าง ๆ ได้ด้วยตัวเองตามเส้นทางและแผนที่ที่กำหนด โดยไม่จำเป็นต้องมีเจ้าหน้าที่ควบคุมตลอดการทำงาน สามารถเดินถ่ายภาพภายในโรงงานขนาดประมาณ 480 ตารางเมตร พื้นที่เพาะปลูกรวมประมาณ 690 ตารางเมตร ได้เสร็จภายในระยะเวลาเพียง 2 ชั่วโมง นอกจากนี้ยังผ่านการออกแบบเรื่องระบบจัดการพลังงานมาเป็นอย่างดี ทำให้การชาร์จหนึ่งครั้งปฏิบัติงานต่อเนื่องได้หลายวัน”

หน้าที่หลักของ PhenoRobot คือ การถ่ายภาพพืชทั้งแบบสองมิติและสามมิติเพื่อติดตามการเจริญเติบโตของพืชภายในโรงงาน

ดร.ธีระ อธิบายว่า PhenoRobot จะบันทึกภาพถ่ายและส่งไฟล์ไปจัดเก็บลงฐานข้อมูลในเซิร์ฟเวอร์แบบอัตโนมัติ จากนั้นซอฟต์แวร์จะวิเคราะห์ภาพ เช่น ความสูง พื้นที่ใบ เพื่อใช้ประเมินการเจริญเติบโต ทำนายน้ำหนักของผลผลิต หรือปัจจัยอื่น ๆ ตามโจทย์วิจัยที่กำหนด หลังจากนั้นจึงจัดเก็บผลการวิเคราะห์ที่อยู่ในรูปแบบพร้อมใช้งานเข้าสู่ระบบ เพื่อให้นักวิจัยหรือผู้ควบคุมการผลิตติดตามข้อมูลได้สะดวกและรวดเร็วแบบวันต่อวัน

การเก็บข้อมูลด้วย PhenoRobot จะเน้นไปที่การตรวจวัดลักษณะทางสัณฐานวิทยา (morphology) เป็นหลัก เช่น ความสูงของต้น พื้นที่ใบ ความหนาแน่นของพุ่ม รวมถึงสีของใบและลำต้น ซึ่งเป็นข้อมูลที่ประมวลผลได้จากภาพถ่าย 2 มิติและ 3 มิติ เหมาะแก่การใช้ติดตามการเจริญเติบโตและวิเคราะห์สุขภาพของพืช โดยทั้งหมดนี้เป็นข้อมูลพื้นฐานที่ใช้ศึกษาการตอบสนองของพืชต่อสภาพแวดล้อมหรือรูปแบบการเพาะปลูก

เพิ่มฟังก์ชัน เพิ่มความสามารถในการประมวลผล

ดร.ธีระ เล่าว่า นอกจากอุปกรณ์ถ่ายภาพ 2 มิติ และ 3 มิติ ซึ่งเป็นอุปกรณ์พื้นฐานแล้ว PhenoRobot ยังติดตั้งเซนเซอร์สำหรับตรวจวัดเพิ่มเติมได้อีกตามวัตถุประสงค์ของการวิจัย หรือการควบคุมกระบวนการผลิต เช่น การติดตั้งกล้องถ่ายภาพความร้อน (thermal camera) เพื่อดูอุณหภูมิและตรวจจับความเครียดของพืชที่เกิดจากการขาดน้ำหรือความผิดปกติอื่น ๆ การติดตั้งกล้องมัลติสเปกตรัม (multi-spectral camera) เพื่อถ่ายช่วงคลื่นที่ตามองไม่เห็น เหมาะสำหรับใช้ตรวจสุขภาพพืชผ่านการวัดค่าดัชนีต่าง ๆ เช่น NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) เพื่อประเมินประสิทธิภาพสังเคราะห์แสง

“อย่างไรก็ตามการเลือกใช้อุปกรณ์หรือซอฟต์แวร์ชนิดใดและรูปแบบไหนบ้างขึ้นอยู่กับโจทย์การใช้งาน โดยทีมวิจัยทั้ง 3 ทีมหลักที่ร่วมกันพัฒนา PhenoRobot และซอฟต์แวร์เพื่อการประมวลผลประกอบด้วยทีมวิจัยเทคโนโลยีเกษตรดิจิทัลและทีมวิจัยสมองกลอัจฉริยะและความจริงเสมือน จากเนคเทค และกลุ่มวิจัยเทคโนโลยีชีวภาพพืชและการจัดการแบบบูรณาการ จากไบโอเทค พร้อมให้บริการด้านการวิจัยและพัฒนาทั้งฮาร์ดแวร์ ซอฟต์แวร์ และกระบวนการผลิตพืช เพื่อให้ได้เทคโนโลยีที่เหมาะสมกับความต้องการใช้งานมากที่สุด”

การพัฒนา PhenoRobot เป็นส่วนหนึ่งของการวิจัยเพื่อขับเคลื่อนเทคโนโลยี HTPP ในประเทศไทย นอกจากสนับสนุนการวิจัยและพัฒนากระบวนการผลิตพืชและการยกระดับอุตสาหกรรมเกษตรแล้ว ยังนำไปสู่การเพิ่มขีดความสามารถทางการแข่งขันของพืชเศรษฐกิจและสมุนไพรไทยในตลาดโลก

ผู้ที่สนใจเทคโนโลยีทั้งด้านฮาร์ดแวร์ ซอฟต์แวร์ และกระบวนการผลิตพืช ติดต่อสอบถามรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ ทีมวิจัยเทคโนโลยีเกษตรดิจิทัล เนคเทค สวทช. อีเมล teera.phatrapornnant@nectec.or.th หรือเบอร์โทรศัพท์ 0 2564 6900 ต่อ 2816

เรียบเรียงโดย ภัทรา สัปปินันทน์ ฝ่ายสร้างสรรค์สื่อและผลิตภัณฑ์ สวทช.
อาร์ตเวิร์กโดย ภัทรา สัปปินันทน์
ภาพประกอบโดย ชัชวาลย์ โบสุวรรณ ฝ่ายประชาสัมพันธ์ สวทช. และเนคเทค สวทช.