ลิควิดคริสตัล ( Liquid Crystal ) เรียกอีกชื่อว่า “ผลึกเหลว” ในทางเคมีนี่คือสารที่อยู่ระหว่างของแข็งกับของเหลว โดยมีลักษณะพิเศษ แยกตามโครงสร้างโมเลกุล เช่น แบบเนมาติก ( Nematic ) แบบสเมติก ( Smetic ) แบบคอเลสเตริก

“ไม่ใช่ทุกอย่างจะเป็นลิควิดคริสตัล ได้ ของเหลวส่วนใหญ่ก็คือน้ำ แต่อนุภาคบางอย่างมีสถานะกึ่งของแข็งและของเหลว ยกตัวอย่างคอเลสเตอรอล ในร่างกายเรา อันนี้มีคุณสมบัติที่เรียกว่าลิควิดคริสตัล” นักวิจัยด้านฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ให้นิยามถึงผลึกเหลวที่กำลังถูกวิจัยเพื่อเตรียมทำภารกิจใหญ่ขึ้นสู่อวกาศ

คุณสมบัติของลิควิดคริสตัล สามารถเคลื่อนที่ได้ และเมื่อใส่แรงดันไฟฟ้าให้กับผลึกเหลวที่ว่านี้ โครงสร้างผลึกที่จัดตัวเป็นเกลียวจะทำให้แสงผ่านทะลุลงไปได้ สามารถจัดรูปทรง กระทั่งจัดการเคลื่อนที่ไปตามความต้องการ สิ่งนี้จึงปรากฎอยู่ในการผลิตหน้าจอ LCD ที่ใช้ในอุตสาหกรรมผลิตโทรทัศน์ จอคอมพิวเตอร์ ตลอดจนจอแสดงผลต่างๆ พร้อมกับที่ยังอยู่เบื้องหลังในหน้าจอโทรศัพท์ที่คนกว่าค่อนโลกต้องมีสักเครื่อง

หากเราจบการอธิบายไว้เพียงแค่นี้ นี่ก็คงเป็นเพียงแค่เกร็ดความรู้ทั่วไป ว่าด้วยผลึกเคมีที่ส่งคุณค่าให้กับนวัตกรรมของมนุษย์ อย่างไรก็ตาม เบื้องหลังที่อยากชวนฟัง คือการที่งานวิจัยนี้มีนักวิจัยคนไทยร่วมอยู่ และเป็นทีมคนไทยเดียวกันนี่เอง ซึ่งมีโอกาสร่วมเป็นหนึ่งในทีมวิจัย โครงการ Observation and Analysis of Smectic Islands in Space (OASIS) ของ Glenn Research Center ซึ่งเป็นหนึ่งในศูนย์วิจัยสำคัญ 10 แห่งของ NASA โดยมีภารกิจหลักในการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเพื่อใช้ในการบินและอวกาศ

ในบรรยากาศใกล้เทศกาลส่งท้ายปี ริ้วป้ายเฉลิมฉลอง ถุงใส่อาหารและเครื่องดื่มที่วางไว้ใกล้ๆกับห้องทำงาน และปณิธานพร้อมสานโปรเจคสำคัญต่อในปีหน้า National Geographic ภาษาไทย สัมภาษณ์ รศ. ดร.ณัฐพร ฉัตรแถม อาจารย์จากภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ หนึ่งในหัวหน้านักวิจัย ที่พาโปรเจคทดสอบผลึกเหลว และเตรียมตัวจะไปอวกาศ

นักวิจัยไทยไปร่วมงานกับ NASA ได้อย่างไร?

แรกเลยเราไปเรียนต่อระดับปริญญาเอก ซึ่งก่อนหน้าก็ต้องเลือกว่าเราจะทำงานวิจัยในด้านใด และหน่วยพื้นฐานความสนใจ เราสนใจที่จะศึกษาฟิสิกส์ของวัสดุที่นำไปประยุกต์ใช้ได้ ซึ่งโดยความสนใจทำให้ติดต่อไปยังศาสตราจารย์ ดร. โนเอล คลาร์ก นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน จากภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยโคโลราโด ซึ่งอาจารย์ท่านนี้ก็เป็นท็อปของบุคลากรทีศึกษาเรื่องอนุภาคของลิควิดคริสตัล ท่านมีงานวิจัยตีพิมพ์เยอะ เมื่อเราติดต่อไปและได้รับการตอบรับ ก็ทำให้เราเป็นหนึ่งในทีมงานของ ดร. โนเอล คลาร์ก

ถ้าย้อนกลับไป ก็ต้องบอกว่า บรรยากาศงานสังคมวิชาการที่มหาวิทยาลัยจะมีอาจารย์ที่มีชื่อเสียงบ้าง บางคนได้รับการเสนอชื่อโนเบลไพร์ส บางคนได้ตีพิมพ์ในนิตยสาร Science ซึ่งเมื่อ NASA มีโปรเจคที่สนใจเรื่องอะไร ก็มักจะติดต่อนักวิทยาศาสตร์ที่มีอยู่ในลิสต์เหล่านั้นเป็นคนศึกษาให้ ซึ่งบางโปรเจคใช้เวลาเป็นสิบๆปี กว่าจะสำเร็จและส่งขึ้นยานไปนอกโลก  เช่น ถ้าได้ขึ้นอวกาศในปี 2016 โปรเจคก็จะออกสตาร์ทตั้งแต่ปี 2000

วันหนึ่งนาซ่าก็สนใจในการทำผลึกเหลวเพื่อส่งขึ้นไปในอวกาศ เราจึงเป็นส่วนหนึ่งในนั้นทั้งการตรวจงาน ช่วยทำแล็บ ช่วงเวลาก็ผ่านไปในหลายขั้นตอน และเมื่อโปรเจคเดินทางไปเรื่อยๆ ส่วนหนึ่งเราก็สร้างแล็บที่คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ โดยโครงการวิจัย Liquid Crystal นี้ เป็นความร่วมมือระหว่างระหว่างมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ และองค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ ประเทศสหรัฐอเมริกา (NASA) นับเป็น MOU แรกที่ NASA ลงนามร่วมกับประเทศในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ในด้านการทดลองอวกาศ

หน้าที่ของทีมวิจัยไทย ในการทำภารกิจนี้คืออะไร?

เราทำหน้าที่เป็นผู้สร้างและทดสอบ set อุปกรณ์การทดลองที่จะถูกส่งขึ้นไปบนสถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station, ISS) และ NASA เป็นผู้รับผิดชอบในการขนส่ง set อุปกรณ์นี้ขึ้นไปบนสถานีอวกาศนานาชาติ ISS เพื่อให้นักบินอวกาศของ NASA  เป็นผู้ทำการทดลองภายใต้การควบคุมการทดลอง โดยทีมนักวิจัยจากประเทศไทย

ทีมวิจัย โดยการสนับสนุนของ หน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการพัฒนากำลังคน และทุนด้านการพัฒนาสถาบันอุดมศึกษา การวิจัยและการสร้างนวัตกรรม (บพค.) ของรัฐบาลไทยจะเป็นผู้รับผิดชอบ Scientific part ของการทดลองนี้  และ GISTDA จะเป็นผู้ร่วมรับผิดชอบในการสร้างและทดสอบ set อุปกรณ์ โดยจะมีทีม Engineer จาก NASA เป็นผู้กำกับดูแลร่วมกับทีมวิศวกรไทยในการสร้างอุปกรณ์ทั้งหมด  การทดลองนี้จะเป็นครั้งแรกที่ประเทศไทยจะได้สร้างอุปกรณ์ขนาดใหญ่เพื่อให้นักบินอวกาศเป็นผู้ทดสอบและทดลองในอวกาศ  โดยการสร้างอุปกรณ์นี้ต้องสอดคล้องกับ Safety Criteria ของการทดลองที่มีมนุษย์เป็นผู้ควบคุมในอวกาศ ซึ่งถือว่าจะเป็นพื้นฐานให้ทีมอวกาศไทยสามารถต่อยอดเพื่อสร้างจรวดส่งไปในอวกาศได้เองในเวลาอันใกล้นี้

สำหรับบางคน ไม่เคยได้ยินคำว่า ลิควิด คริสตัล เลยด้วยซ้ำ สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องกับอวกาศได้อย่างไร?

ลิควิดคริสตัลคือสถานะของสสารที่มีเฉพาะสสารบางชนิดเท่านั้น น้ำก็ไม่มีสถานะ เอทานอลไม่มี แต่ที่มีคือคอเลสเตอรอล คราวนี้ด้วยความ ลิขวิดคริสตัลมีความสวยงาม สามารถเอากระแสไฟฟ้าใส่ไปในตัวมันได้ และมันก็จะเปลี่ยนทิศทางโมเลกุลตามกระแสไฟฟ้าได้ บังคับแสงไปตามเส้นทางที่เราต้องการได้ เลยมาเป็นจอ หน้าจอ LCD ซึ่งเป็นนวัตกรรมที่ยังคงอยู่ แม้ว่าก่อนหน้านี้จะมีหน้าจอแบบพลาสมา มี LED แต่ด้วยประสิทธิภาพและความทนทาน  LCD จึงยังเป็นประเภทนวัตกรรมที่ยังคงอยู่ และด้วยความเป็นของเหลวมันจึงมีคุณสมบัติที่ไม่คงรูปร่างเดิมเมื่ออยู่ในอวกาศ  อันนี้ จึงเป็นหลักทางวิทยาศาสตร์ที่น่าสนใจมาก NASA เลยสนใจ LCD ด้วยความที่ข้างในมันไม่คงรูปร่างในอวกาศ คือจะได้ทั้งทฤษฎีใหม่ ๆ และประโยชน์ในทางเทคโนโลยีควบคู่กันไป

ลองคิดดูว่าในหน้าจอโทรศัพท์มือถือ ของผู้ใช้ที่อยู่ทั้งไทยและทั่วโลก หน้าจอแสดงผลในอุปกรณ์ต่างๆก็ยังต้องใช้ ดังนั้นในวงการ การพัฒนาก็เป็นไปอย่างต่อเนื่อง ขณะเดียวก็มีนักวิจัยที่สนใจด้านผลึกเหลวยังมีจำนวนไม่มากเมื่อเทียบกับนักวิจัยด้านอื่น โดยเฉพาะในประเทศไทย  โรงงานของไทยยังไม่มี R&D ในด้านนี้โดยเฉพาะ แตกต่างจากการทำฮาร์ดดิสก์ หรือส่วนประกอบอื่น ที่ประเทศไทยมี ในหลากหลายแบรนด์ และเป็นฐานหลักของประเทศ เราเลยเลือกที่จะวิจัยด้านนี้ และต่อยอดจนทำแล็บในประเทศไทยเพื่อร่วมงานกับหลายประเทศ รวมถึง Nasa

ทำไมอาจารย์ถึงสนใจด้านนี้?

เราเป็นคนชอบคณิตศาสตร์ แต่ไม่ชอบเขียนอย่างเดียว เราชอบทำการทดลอง เพราะคิดว่าการทดลองน่าจะเหมาะกับเรามากกว่า และในสายฟิสิกส์ ที่เป็นวัสดุศาสตร์ การทำลิควิดคริสตัลสามารถทำต่อในเมืองไทยได้ เพราะถ้าจะสร้างห้องแล็บอะตอมฟิสิกส์ หรือซินโคตรตรอนคงใช้งบประมาณสูงกว่านี้มาก ประกอบกับตัวเราเองก็เคยมีงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science ทำให้ผู้ให้ทุนพอรู้จักเราบ้าง

ความสนุกและผลลัพธ์ของงานวิจัยด้านนี้คืออะไร?

คือการเห็นความเปลี่ยนแปลงของมัน ดูสถานะโมเลกุล และเมื่อไปทำเป็นผลิตภัณฑ์เช่นในอุตสาหกรรมจอ LCD  ใน 1 Pixel ของ แอลซีดี จะมีลิควิดคริสตัล ใส่ในแผ่นแก้ว ในอุตสาหกรรมการพัฒนาจอ LCD แต่ละที่ก็จะมีความลับของตัวเอง มีการผสมผสานกันในแต่ละไมโครดิสเพลย์ คล้ายกับการ Blend ของเมล็ดกาแฟที่จะสร้างเอกลักษณ์ให้แต่ละแบรนด์  เมื่อเราส่งต่อ ก็จะมีทีมอิเล็กทรอนิกส์อยู่ข้างหลัง ไปต่อยอดตามความเชี่ยวชาญ สามารถ Apply ได้มาก เช่นไปเป็น เกรตติง (Grating) ในการกระจายแสง เลนส์แว่นตา และที่ผ่านมาเมื่อมีผู้คนทราบว่ามีนักวิจัยไทยที่ทำเรื่องนี้ ก็จะมีคนติดต่อเพื่อไปหาความเป็นไปได้ในการทำผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ เพื่อให้ต่างจากท้องตลาด

ช่วยเล่าถึงประสบการณ์ที่ไปร่วมโครงการ OASIS I ร่วมกับ NASA ซึ่งเปรียบเสมือนบันไดขั้นแรกในการขึ้นสู่อวกาศ?

เป็นการศึกษา ลิควิดคริสตัล ผลึกเหลวอวกาศ  เพื่อทดสอบว่าอานุภาคของมันก่อนจะขึ้นสถานีอวกาศจริงเป็นอย่างไร เมื่อผลึกเหลวไปอยู่ในอวกาศ ซึ่งมีสถานะไร้แรงโน้มถ่วงมัน จะเหมือนกับพื้นโลกไหม เพราะว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอริกส์ เมื่ออยู่ในอวกาศ มันมีโอกาสที่จะเปลี่ยนไป จากสภาวะของอวกาศ ซึ่งทีมวิจัยต้องไปขึ้นเครื่องบินในเที่ยวบินไร้แรงโน้มถ่วง เหนือทะเลเมดิเตอร์เรเนียน ซึ่งเป็นน่านฟ้าของการทดลอง เนื่องจากโปรเจคแรกนี้ เป็นการทำงานร่วม Germany aerospace จึงเป็นการเช่าเครื่องบินเหมาลำ ร่วมกับทีมวิจัยด้านอื่นๆ

การเตรียมตัว เราเตรียมตัวด้วยการทำแล็บเพื่อให้มันชำนาญ ลดความผิดพลาดน้อยที่สุด เพราะการเช่าเหมาลำรอบนึงใช้เงินไทยประมาณ 40 ล้านบาท เราก็ต้องเตรียมตัว แล้วเรากดปุ่มให้ทัน สำหรับเราก็ถือว่าตื่นเต้นนะ เรารู้จัก NASA แล้ววันหนึ่งก็มาได้ทำงาน ร่วมกับคนมีชื่อเสียง ๆได้อยู่ร่วมเครื่องบินทดลองลำเดียวกันกับอีกหลายๆโปรเจค ที่มีนักวิจัยจากทั่วโลก

จาก OASIS 1 มาสู่ OASIS 2 ได้อย่างไร และขั้นตอนต่อจากนี้คืออะไร?

พอ Oasis2 เราเปลี่ยนจากบับเบิ้ลเป็นฟิล์มบางที่ถูกจำกัดด้วยขอบฟิล์ม ซึ่งในขั้นตอนนี้ถือว่าเป็นพื้นที่การที่ทำงานที่จำกัด  ซึ่งสิ่งที่น่าสนใจในการศึกษา คือการสร้างฟิล์มบางของผลึกเหลวเพื่อศึกษาจุดพร่องในโครงสร้างของผลึกเหลวซึ่งเกิดจากผลของการเปลี่ยนแปลงของความร้อนในทันที จุดพร่องที่ศึกษานี้เป็นสิ่งที่เกิดอยู่เสมอบนหน้าจอ LCD และเราก็ใช้ชื่อโครงการว่า “Thailand Liquid Crystals in Space (TLC)” เพราะเราได้รับการสนับสนุนจากรัฐบาลที่จะทำโปรเจคที่ถือว่าประเทศเป็นเจ้าภาพหลัก

การเข้าใจจุดพร่องซึ่งเป็นปัญหาหลักของ LCD เป็นหัวข้อที่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกให้ความสนใจ ซึ่งการที่ทีมนักวิจัยไทยได้มีโอกาสศึกษาจุดพร่องเหล่านี้ในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง จะทำให้สามารถกำจัดผลในการสร้างให้เกิดจุดพร่องและเข้าใจธรรมชาติของการเกิดจุดพร่องได้ดียิ่งขึ้น ซึ่งจะช่วยพัฒนาและต่อยอดเทคโนโลยี LCD ให้ล้ำหน้ากว่าในปัจจุบัน

NASA อนุมัติส่งการออกแบบและสร้างอุปกรณ์ทดลองอวกาศมาใหประเทศไทยรับผิดชอบ ทีมนักวิจัยไทยกำลังอยู่ระหว่างการสร้าง set อุปกรณ์การทดลองนี้ให้สำเร็จใช้เวลาอีกประมาณปีเศษ  และทำการทดลองร่วมกับนักบินอวกาศจาก NASA เพื่อให้เกิดองค์ความรู้ใหม่ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสำหรับอนาคต ซึ่งถ้าทำสำเร็จก็ถือว่าวงการวิทยาศาสตร์ในประเทศเราก็จะได้รับการยอมรับขึ้น และแน่นอนว่าจะช่วยสร้างแรงบันดาลใจทางการศึกษาให้กับนักเรียนและเยาวชนในประเทศได้

ภาพ : อภินัยน์ ทรรศโนภาส, วีรวัฒน์ สอนเรียง

 เรื่อง : อรรถภูมิ อองกุลนะ

อ่านเพิ่มเติม : เปิดบ้าน Harbour Space ม.หอการค้าไทย หลักสูตรนวัตกรรมแนวใหม่ จากบาร์เซโลนา ที่ผู้เรียนกว่า 90% คือนักเรียนทุน