Open Lab : “GASSET” เทคโนโลยีเซนเซอร์ตรวจจับแก๊ส ประหยัดพลังงาน ต้นทุนต่ำ

บทความโดย วัชราภรณ์ สนทนา

สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.)

ของถูกและดีใครว่าไม่มีในโลก เมื่อนักวิจัยจากสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) พัฒนา “GASSET” (แก๊สเสต) เทคโนโลยีที่ใช้สร้างผลิตภัณฑ์เซนเซอร์ตรวจจับแก๊สชนิดฟิล์มบางสารกึ่งตัวนำโลหะออกไซด์ (Metal Oxide Semi-conductor Gas Sensor : MOS Gas Sensor) ครั้งแรกของประเทศไทย ที่มีความไวสูง และใช้พลังงานต่ำเทียบเคียงเซนเซอร์ตรวจจับแก๊สชนิดเมมส์ (Micro Electro Mechanical System Gas Sensor : MEMS Gas Sensor) แต่สร้างขึ้นด้วยวัสดุและวิธีการเฉพาะทำให้มีต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่าหลายเท่าตัว และรองรับการผลิตเชิงพาณิชย์ ที่สำคัญล่าสุดได้มีการพัฒนาต่อยอดสู่ผลิตภัณฑ์ “อุปกรณ์ตรวจจับแก๊สอันตรายชนิดพกพา” เพื่อช่วยเพิ่มความปลอดภัยให้แก่ผู้ทำงานในพื้นที่เสี่ยงอีกด้วย

GASSET แพลตฟอร์มเทคโนโลยีใหม่ใช้ผลิต Gas Sensor

ทุกวันนี้การตรวจสอบเรื่องมลพิษทางอากาศ แก๊สพิษ คุณภาพสินค้า หรือการตรวจคัดกรองโรค ล้วนแล้วแต่ต้องอาศัยเทคโนโลยีเซนเซอร์ตรวจจับแก๊สทั้งสิ้น ซึ่งที่ผ่านมาประเทศไทยได้เริ่มศึกษาวิจัยด้านนี้มาอย่างต่อเนื่อง แต่ยังไม่สามารถพัฒนาผลิตภัณฑ์เซนเซอร์ตรวจจับแก๊สออกมาสู่เชิงพาณิชย์ได้สำเร็จ

ดร.คทา จารุวงศ์รังสี นักวิจัยห้องปฏิบัติการวิจัยอุปกรณ์เชิงคาร์บอนและนาโนอิเล็กทรอนิกส์ (CNL) หน่วยวิจัยอุปกรณ์สเปกโทรสโกปีและเซนเซอร์ (SSDRU) ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค-สวทช.) กล่าวว่า ทีมวิจัยได้เริ่มศึกษาเทคโนโลยีการผลิตเซนเซอร์ตรวจจับแก๊สชนิดฟิล์มบางสารกึ่งตัวนำโลหะออกไซด์มาตั้งแต่ปี 2548 ซึ่งปัญหาหลักของเซนเซอร์ที่ผลิตขึ้นในช่วงแรกคือ การใช้พลังงานที่สูงมากในการทำความร้อนให้แก่วัสดุรับรู้แก๊สบนตัวเซนเซอร์ ทำให้มีข้อจำกัดอย่างมากในการนำไปใช้งาน ขณะที่เทคโนโลยีเซนเซอร์ชนิดเดียวกันที่ใช้พลังงานต่ำ จะอาศัยเทคโนโลยีเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค หรือ เมมส์ (MEMS) ในการผลิต ซึ่งมีต้นทุนด้านเครื่องมือและสถานที่ที่สูงมากในระดับหลายร้อยล้านบาท

“ด้วยข้อจำกัดทั้งทางด้านพลังงานและต้นทุนที่ยังไม่สามารถสู้คู่แข่งในตลาดได้ ทีมวิจัยจึงตัดสินใจฉีกกรอบเทคโนโลยีเดิมๆ คือ ไม่ใช้วัสดุฐานทั่วไปอย่างซิลิกอน และไม่ใช้เทคโนโลยีเมมส์ในการผลิต แต่พัฒนาเป็นเทคโนโลยี GASSET ที่สร้างเซนเซอร์บนวัสดุฐานราคาถูก โดยได้รับการพัฒนาจนใช้พลังงานต่ำใกล้เคียงแก๊สเซนเซอร์ชนิดเมมส์ ซึ่ง GASSET ใช้พลังงานประมาณ 1 ใน 3 ของเซนเซอร์มาตรฐาน และ 1 ใน 10 เมื่อเทียบกับเซนเซอร์ราคาถูก ด้านคุณสมบัติในการรับรู้แก๊สนั้นจะประกอบร่วมกับอีกปัจจัยหนึ่งคือ วัสดุรับรู้แก๊ส ซึ่งทีมวิจัยได้พัฒนาให้มีความไวและความจำเพาะต่อแก๊สไม่ด้อยไปกว่าคู่แข่งในตลาดโลก อีกทั้งยังมีงานวิจัยของนักวิจัยไทยจำนวนมากที่ศึกษาวัสดุรับรู้แก๊สที่มีคุณสมบัติโดดเด่น ซึ่งสามารถต่อยอดเป็นผลิตภัณฑ์แก๊สเซนเซอร์เชิงพาณิชย์ได้ด้วยเทคโนโลยี GASSET นี้ นับเป็นแพลตฟอร์มเทคโนโลยีใหม่ และได้ยื่นขอจดการคุ้มครองทรัพย์สินทางปัญญาไว้แล้ว” ดร.คฑากล่าว

นอกเหนือจากคุณสมบัติเด่นของเทคโนโลยี GASSET ที่สร้างผลิตภัณฑ์เซนเซอร์ตรวจจับแก๊สได้ง่าย ใช้พลังงานต่ำและราคาถูกแล้ว GASSET ยังสามารถพัฒนาผลิตภัณฑ์แก๊สเซนเซอร์ร่วมกับวัสดุรับรู้ชนิดฟิล์มบางสารกึ่งตัวนำโลหะออกไซด์แทบทุกชนิด อีกทั้งจากการที่ GASSET มีขนาดเล็ก ใช้พลังงานต่ำระดับ 50-100 มิลลิวัตต์ จึงรองรับการติดตั้งใช้งานในระบบแบบพกพา ซึ่งนำมาสู่การพัฒนา “อุปกรณ์ตรวจวัดแก๊สอันตรายแบบพกพา” เพื่อลดอัตราผู้เสียชีวิตจากการได้รับแก๊สพิษ

ดร.คทา กล่าวว่า ในแต่ละปี ประเทศไทยมีผู้เสียชีวิตจากการสูดดมแก๊สอันตรายอยู่เสมอ ดังเช่นในปี 2560 หากนับเวลามาจนถึงปัจจุบัน (24 กันยายน 2560) มีผู้เสียชีวิตจากแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) หรือ แก๊สไข่เน่ารวมแล้ว 15 คน โดยคนส่วนใหญ่เมื่อได้กลิ่นแก๊สไข่เน่า ในช่วงแรกจะรู้สึกเหม็นแล้วสักพักก็เกิดการชินกลิ่นและทำงานต่อไป แต่ทราบหรือไม่ว่า คุณสามารถเสียชีวิตจากการสูดดมแก๊สไข่เน่าที่ความเข้มข้น 100 ppm ในเวลา 30 นาที และถ้าเป็นแก๊สไข่เน่าที่มีความเข้มข้น 1,000 ppm คุณจะเสียชีวิตภายใน 3 วินาทีเท่านั้น ดังนั้นถ้ามีอุปกรณ์พกพาที่ช่วยแจ้งเตือนแก๊สอันตรายได้ จะช่วยรักษาชีวิตผู้คนได้อีกจำนวนมาก

อุปกรณ์ตรวจวัดแก๊สอันตรายแบบพกพา

“อุปกรณ์ตรวจวัดแก๊สอันตรายแบบพกพาด้วยเทคโนโลยี GASSET” ที่ทีมวิจัยพัฒนา สามารถออกแบบเป็นป้ายห้อยคอที่ติดตัวพนักงาน มีน้ำหนักเบา ไวต่อแก๊สปนเปื้อนหลายชนิด ผู้ใช้สามารถเลือกใช้ให้ตรงตามชนิดแก๊สที่มีโอกาสรั่วไหลในพื้นที่ทำงาน อุปกรณ์ทำงานต่อเนื่องได้นานกว่า 12 ชั่วโมง ภายใต้แบตเตอรี่ขนาดเล็ก ทั้งนี้เมื่อคนทำงานในพื้นที่เสี่ยงเผชิญกับแก๊สพิษที่ปนเปื้อนในอากาศ อุปกรณ์จะเก็บบันทึกข้อมูลการสัมผัสแก๊ส และแจ้งเตือนเป็นแสง-เสียง เมื่อความเข้มข้นเกินกว่าระดับที่ปลอดภัย รวมถึงกรณีที่พบแก๊สอันตรายในปริมาณต่ำแต่อยู่ในพื้นที่ดังกล่าวเป็นเวลานาน เพื่อป้องกันอันตรายจากการสะสมของแก๊สพิษในร่างกาย และในอนาคตเตรียมพัฒนาให้แจ้งเตือนไปยังเจ้าหน้าที่ส่วนกลาง เพื่อให้เข้ามาช่วยเหลือได้อย่างทันการด้วย นอกจากนี้ทีมวิจัยยังได้พัฒนาอุปกรณ์ตรวจวัดแก๊สที่ทำงานเชื่อมต่อกับสมาร์ทโฟน โดยดึงพลังงานจากโทรศัพท์มาใช้โดยตรง และส่งข้อมูลไปแสดงผลความเข้มข้นของแก๊สที่ตรวจวัดบนหน้าจอ

อุปกรณ์พกพาเพื่อตรวจจับแก๊สอันตราย เป็นเพียงหนึ่งในตัวอย่างผลิตภัณฑ์นวัตกรรมที่เกิดจากเทคโนโลยี GASSET เท่านั้น ซึ่งความคุ้มค่าจากงานวิจัยชิ้นนี้ไม่เพียงเป็นเครื่องมือที่จะช่วยรักษาชีวิตของผู้คนได้มากขึ้น แต่ยังนับเป็นเทคโนโลยีความหวังใหม่ ที่จะช่วยต่อยอดงานวิจัยทางด้านวัสดุรับรู้แก๊สของไทยสู่ผลิตภัณฑ์แก๊สเซนเซอร์เชิงพาณิชย์ได้อย่างไม่จำกัด ซึ่งขณะนี้เทคโนโลยี GASSET เป็นเทคโนโลยีพร้อมใช้ ที่พร้อมถ่ายทอดให้ผู้ประกอบการนำไปใช้ต่อยอดเชิงพาณิชย์เรียบร้อยแล้ว