จาก Kansei Engineering ถึง Biomimicry กรณีศึกษา 'นกกระเต็น' กับ 'รถไฟหัวกระสุน'
บทความพิเศษ | จักรกฤษณ์ สิริริน
Kansei Engineering คือการพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ ที่มุ่งเน้นผู้บริโภค
นิยามของ Kansei Engineering คือ “การนำความรู้สึกที่ผู้บริโภคมีต่อผลิตภัณฑ์มาถ่ายทอดผ่านการออกแบบที่เหมาะสม”
Kansei Engineering หรือ KE แบ่งออกเป็น 3 ประเภท
KE Type I เป็นการจำแนกประเภทผลิตภัณฑ์ใหม่ตามองค์ประกอบการออกแบบ
KE Type II นำเทคโนโลยีสมัยใหม่ เช่น คอมพิวเตอร์ มาช่วยในการทำงาน เช่น ระบบผู้เชี่ยวชาญ แบบจำลองโครงข่ายประสาทเทียม และ Algorithm ทางพันธุกรรม
ส่วน KE Type III เป็นแบบจำลองที่ใช้โครงสร้างทางคณิตศาสตร์
ในปัจจุบัน Kansei Engineering ได้แผ่ขยายไปยังอุตสาหกรรมต่างๆ ของญี่ปุ่น ไม่ว่าจะเป็นยานยนต์ เครื่องใช้ไฟฟ้า ก่อสร้าง เสื้อผ้า
บริษัทที่ประสบความสำเร็จในการใช้ Kansei Engineering ได้รับประโยชน์จากยอดขายของผลิตภัณฑ์ใหม่ที่มุ่งเน้นผู้บริโภคเป็นหลัก
เป็นที่แน่ชัด ว่าการที่ “รถไฟหัวกระสุน” หรือ Shinkansen ได้กลายเป็นสัญลักษณ์แห่งความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่ตอบโจทย์ทั้งประสิทธิภาพ และยอดขาย มี Kansei Engineering อยู่เบื้องหลัง
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Shinkansen ได้สะท้อนให้เห็นถึงการเรียนรู้จากธรรมชาติอย่างลึกซึ้ง ซึ่งเป็นหนึ่งในกรณีศึกษาที่โดดเด่น และมีชื่อเสียงมาอย่างยาวนาน นั่นก็คือ การออกแบบหัวรถไฟที่ได้รับแรงบันดาลใจจาก “นกกระเต็น” หรือ Kingfisher
ซึ่งเป็นตัวอย่างของแนวคิด “ชีวะลอกเลียน” หรือ Biomimicry ที่นำพาให้มนุษย์สามารถแก้ปัญหาทางวิศวกรรมที่ซับซ้อน ผ่านการสังเกตสิ่งมีชีวิตที่วิวัฒนาการมาแล้วกว่า 3,800 ล้านปี
ย้อนกลับไปในยุคทศวรรษ 1990 รถไฟหัวกระสุนรุ่น 500 Series ของบริษัท JR-West ได้เผชิญกับปัญหาสำคัญ เมื่อวิศวกรพยายามเพิ่มความเร็วของรถไฟให้เกิน 270 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ปัญหาที่เกิดขึ้น คือเสียง “บูม” ที่ดังสนั่นเมื่อรถไฟพุ่งออกจากอุโมงค์
เสียงนี้เกิดจากคลื่นความดันอากาศที่ถูกอัดอยู่ด้านหน้ารถไฟขณะเข้าสู่อุโมงค์ และเมื่อรถไฟออกจากอุโมงค์ คลื่นนั้นจะระเบิดออกมาสู่ภายนอกอย่างรุนแรง สร้างความรำคาญให้กับชุมชนโดยรอบ
และกลายเป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาเส้นทางรถไฟความเร็วสูงในพื้นที่เมือง
โดยบังเอิญ ในห้วงเวลานั้น Eiji Nakatsu วิศวกรรถไฟ ซึ่งมีงานอดิเรกเป็นนักดูนกตัวยง ได้สังเกตพฤติกรรมของนกกระเต็นที่สามารถพุ่งจากอากาศลงสู่ผิวน้ำเพื่อจับปลาโดยแทบไม่เกิดการกระเซ็นเลย
Eiji Nakatsu พบว่า รูปทรงจะงอยปากของ “นกกระเต็น” เรียว ยาว แหลม และมีการเปลี่ยนแปลงเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างค่อยเป็นค่อยไป คุณสมบัตินี้ช่วยให้มันสามารถเปลี่ยนผ่านจากอากาศสู่ของเหลวได้อย่างราบรื่นโดยไม่สร้างแรงกระแทก
แนวคิดนี้จุดประกายให้ Eiji Nakatsu นำรูปทรงจะงอยปาก “นกกระเต็น” มาเป็นพิมพ์เขียวในการออกแบบหัวรถไฟ Shinkansen รุ่นใหม่
ผลลัพธ์ก็คือ หัวรถไฟที่มีรูปทรงยาวเรียวคล้ายจะงอยปาก “นกกระเต็น” ที่สามารถลดแรงต้านอากาศ ลดการสะสมคลื่นความดัน และลดเสียง “บูม” เมื่อรถไฟออกจากอุโมงค์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การทดลองภาคสนามในตอนนั้น พบว่า เสียง “บูม” ที่เกิดขึ้นลดลงอย่างมีนัยสำคัญ แถมยังช่วยให้รถไฟสามารถวิ่งได้เร็วขึ้นถึง 10% โดยใช้พลังงานน้อยลงถึง 15% เมื่อเทียบกับรุ่นก่อนหน้า
การออกแบบนี้ไม่เพียงแต่แก้ปัญหาเชิงเทคนิค แต่ยังเป็นการเปิดประตูสู่แนวทางใหม่ในการออกแบบที่ผสานธรรมชาติเข้ากับเทคโนโลยีอย่างกลมกลืน
แน่นอนว่า แนวคิด Biomimicry ของ Shinkansen ไม่ใช่เพียงการเลียนแบบรูปลักษณ์ของ “นกกระเต็น” ทว่า ยังเป็นการเข้าใจกลไกการทำงานของธรรมชาติอย่างลึกซึ้ง เพื่อนำมาประยุกต์ใช้ในบริบทของมนุษย์
การออกแบบหัวรถไฟที่ได้รับแรงบันดาลใจจาก “นกกระเต็น” เป็นการนำหลัก Biomimicry มาแก้ปัญหาผ่านหลักการทางฟิสิกส์ ที่ธรรมชาติได้ทดลอง และปรับปรุงมาแล้วหลายพันล้านปี
แน่นอนว่า การออกแบบหัวรถไฟที่ได้รับแรงบันดาลใจจาก “นกกระเต็น” ช่วยสร้างภาพลักษณ์ของความก้าวหน้า และความใส่ใจในรายละเอียด ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญใน “วัฒนธรรมญี่ปุ่น” ที่ให้ความสำคัญกับความสมดุล ระหว่างเทคโนโลยีกับความงาม
การออกแบบนี้จึงไม่ใช่เพียงการตอบโจทย์ทางวิศวกรรม แต่ยังเป็นการสื่อสารคุณค่าทางวัฒนธรรมผ่านรูปทรงของเครื่องจักร สะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงในวิธีคิดของวิศวกรยุคใหม่ ที่ไม่ได้มองธรรมชาติเป็นเพียงฉากหลังของการพัฒนา แต่เป็นแหล่งข้อมูลเชิงกลไกที่สามารถให้คำตอบต่อปัญหาทางเทคโนโลยีที่ซับซ้อน
ทำให้ Shinkansen เป็นต้นแบบของการพัฒนารถไฟความเร็วสูงในประเทศอื่นๆ เช่น ฝรั่งเศส เยอรมนี และจีน ซึ่งเริ่มหันมาให้ความสนใจกับแนวคิด “ชีวะลอกเลียน” ในการออกแบบหัวรถไฟ และระบบอุโมงค์
การศึกษาของมหาวิทยาลัย Delft ในเนเธอร์แลนด์ พบว่า การออกแบบที่ได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ เช่น การบินที่เงียบสงบของนกฮูก หรือการว่ายน้ำที่นิ่งเงียบของเพนกวิน สามารถลดแรงต้านได้ถึง 30% เมื่อเทียบกับวิธีการออกแบบดั้งเดิม
ส่งผลให้เกิดการวิจัยและพัฒนาองค์ประกอบอื่นๆ ของรถไฟ เช่น ระบบลดแรงสั่นสะเทือน การปรับปรุงระบบเบรก ระบบระบายอากาศ การออกแบบภายในที่เน้นความเงียบ และความสะดวกสบาย รวมถึงวัสดุที่ใช้ในการผลิตตัวรถ สิ่งเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อการลดต้นทุนพลังงาน และการเพิ่มความเร็วของรถไฟไปด้วยในตัว
ความเร็วที่เงียบงันของ Shinkansen ได้กลายเป็นทางเลือกสำคัญในการลดการพึ่งพาการเดินทางโดยเครื่องบินที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมสูงมาก การเชื่อมต่อเมืองใหญ่ของญี่ปุ่นด้วยระบบรถไฟความเร็วสูงที่มีประสิทธิภาพ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม จึงเป็นต้นแบบที่หลายประเทศกำลังศึกษา และนำไปปรับใช้
เช่น โครงการ HS2 ในสหราชอาณาจักร หรือระบบรถไฟความเร็วสูงในฝรั่งเศส และจีน ที่เริ่มนำแนวคิดการออกแบบตามธรรมชาติ หรือ Biomimicry เข้ามาเป็นส่วนหนึ่งของการวิจัยและพัฒนา
นอกจากนี้ การเรียนรู้จาก “นกกระเต็น” ยังเปิดประตูสู่การวิจัยในระดับโมเลกุล และวัสดุศาสตร์ที่กว้างขวาง
โดยนักวิทยาศาสตร์เริ่มศึกษาวัสดุที่เลียนแบบโครงสร้างของจะงอยปาก “นกกระเต็น” เช่น การใช้วัสดุ Composite ที่มีความแข็งแรง แต่เบา และสามารถลดแรงเสียดทานได้ดีในสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงรวดเร็ว
งานวิจัยของมหาวิทยาลัย ETH Zurich ในสวิตเซอร์แลนด์ และ Caltech ของสหรัฐอเมริกา ได้ทดลองสร้างวัสดุที่มีโครงสร้างแบบ Nano คล้ายกับขนของ “นกกระเต็น” ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการเคลือบพื้นผิวของหัวรถไฟ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการต้านแรงลม และลดการสะสมของฝุ่นละอองได้อีกด้วย
ปัจจุบัน Biomimicry หาจำกัดอยู่ในวงการรถไฟเพียงอย่างเดียวไม่ เพราะได้มีการขยายไปสู่การออกแบบเครื่องบิน Drone และแม้แต่สถาปัตยกรรมของอาคารจำนวนมาก ที่ต้องการลดแรงลม และเสียงรบกวน
นอกจาก Biomimicry แล้ว ปฏิเสธไม่ได้ว่า การออกแบบหัวรถไฟ Shinkansen ที่ได้รับแรงบันดาลใจจาก “นกกระเต็น” ดังกล่าว ได้สะท้อนถึงปรัชญา Kansei Engineering ซึ่งเป็นแนวคิดที่คนญี่ปุ่นเน้นการผสานความรู้สึกของมนุษย์เข้ากับการออกแบบผลิตภัณฑ์
เพราะ Kansei Engineering ไม่มองเทคโนโลยีเป็นเพียงเครื่องมือ แต่เป็นสิ่งที่ต้องสื่อสารกับผู้ใช้ในระดับอารมณ์ และความรู้สึก หัวรถไฟที่มีรูปทรงสง่างาม และลื่นไหล จึงไม่ใช่แค่การลดแรงต้านอากาศ แต่ยังเป็นการสร้างประสบการณ์การเดินทางที่สงบ ผ่อนคลาย และมีความกลมกลืนกับธรรมชาติรอบตัว
การออกแบบ Shinkansen ที่ได้รับแรงบันดาลใจจาก “นกกระเต็น” จึงมิใช่เพียงการแก้ปัญหาเสียง “บูม” ในอุโมงค์ แต่เป็นการแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของมนุษย์ในการเรียนรู้จากธรรมชาติอย่างลึกซึ้ง
และนำความรู้เหล่านั้นมาใช้ในการสร้างสรรค์เทคโนโลยีที่สามารถนำทางเราไปสู่อนาคตที่ยั่งยืน และสง่างามได้อย่างแท้จริง
อ่านข่าวต้นฉบับได้ที่ : จาก Kansei Engineering ถึง Biomimicry กรณีศึกษา ‘นกกระเต็น’ กับ ‘รถไฟหัวกระสุน’
ติดตามข่าวล่าสุดได้ทุกวัน ที่นี่
– Website : https://www.matichon.co.th/weekly