10 สุดยอดแห่งโลกเทคโนโลยีและวิทยาศาสตร์ ที่น่าจับตามองในปี 2551

เริ่มต้นปีใหม่ 2008 นิตยสารวินแม็ก นำชมเทคโนโลยีใหม่ที่น่าสนใจ 10 ประการ ซึ่งรวบรวมจาก เทคโนโลยี รีวิว เว็บไซต์ของสถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาซูเซต (MIT) ซึ่งหน่วยงานที่จับตามองเทคโนโลยีใหม่ๆ ซึ่งอาจมีผลทบต่อการพานิชย์ สังคม และการเมือง โดยเน้นรูปแบบที่ก้าวไปสู่การพัฒนาระบบเศรษฐกิจและแนวโน้มความก้าวหน้า ในหลายโครงการเป็นเรื่องที่ใกล้ตัวและมีโอกาสที่จะเข้ามามีบทบาทอย่างมากต่อการใช้ชีวิตประจำวันในอนาคต ดังนั้นแล้วลองเข้ามาดูกันว่า สิ่งต่างๆ เหล่านี้จะเข้ามาเปลี่ยนรูปแบบการใช้ชีวิตของคุณอย่างไรกันบ้าง




เว็บวิดีโอแห่งอนาคต
การรับชมวิดีโอสดๆ ในอินเทอร์เน็ตเป็นสิ่งที่นักท่องเว็บนิยมทำกันมาก จนกลายเป็นสิ่งที่บริโภคแถบสัญญาณของเครือข่ายไปถึงร้อยละหกสิบ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าหากแนวโน้มยังดำเนินต่อไปเช่นนี้ ภายในอีกสองปีมันจะบริโภคแถบสัญญาณมากขึ้นถึงร้อยละเก้าสิบแปด เมื่อถึงตอนนั้นอินเทอร์เน็ตจะช้าลงทั้งโลก วิกฤติกาลนี้จะมีทางออกอย่างไร?

ฮุย จาง (Hui Zhang) นักวิทยาศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยคาเนกีเมลอน เชื่อว่าเขามีคำตอบ และคำตอบนี้ไม่ได้มาจากไหนไกล แต่มาจากการดาวน์โหลดโปรแกรมแบบ P2P (peer-to-peer จุดต่อจุด) หรือที่เรียกกันว่าโหลดบิต (BitTorrent) ที่ผู้นิยมของฟรีใช้ดาวน์โหลดซอฟต์แวร์และภาพยนตร์ ที่กำลังสร้างความไม่พอใจให้แก่เจ้าของลิขสิทธิ์กันทั่วหน้า

จาง กล่าวว่าการเปิดวิดีโอแบบรายการสด ยกตัวอย่างเช่น ยูทิวบ์ (YouTube) การไหลของข้อมูลจะเป็นแบบโครงสร้างต้นไม้ คือรากหรือส่วนต้นสายมีจุดเดียว คือเว็บเซิร์ฟเวอร์ของบริษัทยูทูวบ์ จากนั้นข้อมูลจะกระจายไปตามกิ่งก้านต่างๆ คือแม่ข่ายย่อย ส่วนคอมพิวเตอร์ของเรา ซึ่งเป็นผู้รับชมวิดีโอคือส่วนปลายสุด เทียบได้กับใบไม้ หากรากหรือกิ่งช่วงใดช่วงหนึ่งเกิดล่มหรือขาดตอน การรับชมวิดีโอจะชะงักไป

ส่วนกลไกการไหลของข้อมูลเมื่อดาวน์โหลดแบบ P2P จะไม่เป็นโครงสร้างต้นไม้ แต่เป็นแบบไขว้หรือตาข่าย (mesh) เพราะผู้ดาวน์โหลดแต่ละรายจะดาวน์โหลดจากคอมพิวเตอร์ของผู้ดาวน์โหลดรายอื่นๆ ด้วย หากแหล่งข้อมูลรายใดเกิดปิดเครื่องไป การดาวน์โหลดจะไม่หยุดชะงัก เพราะเรายังมีผู้ดาวน์โหลดรายอื่นๆ เหลืออยู่อีก

ผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ต หรือ ISP และผู้ให้บริการโฮสติ้ง จะชอบการไหลของข้อมูลแบบต้นไม้ เพราะสามารถไล่เบี้ยเก็บเงินจากต้นสายผู้ให้บริการข้อมูลได้ ส่วนการดาวน์โหลดแบบ P2P ไม่มีต้นสายที่ชัดเจน เพราะ P2P เป็นโพรโตคอลที่ไม่แสดงชื่อผู้ใช้ (Anonymous) ISP หรือผู้ให้บริการโฮสติ้งจึงไม่สามารถเก็บเงินเพิ่มจากผู้ที่ใช้แถบสัญญาณมากๆ ได้ ISP หรือผู้ให้บริการโฮสติ้งบางรายถึงกับจำกัดปริมาณข้อมูล P2P หรือบล็อกไปเลย อย่างที่เป็นข่าวเพราะมีการฟ้องร้องอยู่เนืองๆ (ผู้ใช้ฟ้องร้อง ISP ที่บล็อก P2P)

จาง และนักวิทยาศาสตร์รายอื่นเชื่อว่า พวกเขาใกล้จะพบวิธีผสมผสานหลักการทั้งสอบแบบเข้าด้วยกัน พอล ฟรานซิส นักวิทยาศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยคาเนกีเมลอน กำลังทดสอบระบบชื่อ ชังกีสเปรด (ChunkySpread) ซึ่งเป็นวิธีที่นำข้อดีของการดาวน์โหลดทั้งแบบต้นไม้และแบบตาข่ายเข้าไว้ด้วยกัน ด้วยวิธีชังกีสเปรดผู้ชมวิดีโอยังคงเชื่อมต่อกับผู้ให้บริการข้อมูลด้วยโครงสร้างต้นไม้เหมือนเดิม แต่ในขณะเดียวกันก็สามารถดึงข้อมูลจากผู้ชมรายอื่นๆ เพื่อลดภาระของผู้ให้บริการได้ด้วย

นอกจากจะลดภาระการบริโภคแถบช่องสัญญาณของผู้ให้บริการวิดีโอแล้ว วิธีดังกล่าวยังสามารถช่วยให้ ISP ระบุได้ว่าใครคือผู้ใช้แถบสัญญาณจำนวนมากไปกับการดูวิดีโอ วิธีการนี้อาจละเมิด "กฎแห่งความเป็นกลางในเครือข่าย" ที่กำหนดไว้ว่าข้อมูลทุกบิตควรถูกปฏิบัติต่ออย่างเสมอภาค โดยไม่แยกแยะว่าเป็นข้อมูลอะไร จางให้ความเห็นว่า "ถ้าจำเป็นต้องละเมิด ก็ควรละเมิด เพื่อสร้างความเสมอภาคให้แก่ผู้บริโภค ผู้ที่ใช้แถบช่องสัญญาณมากกับการดูวิดีโอ ควรต้องเสียงเงินมากกว่าผู้ใช้อินเทอร์เน็ตเพื่อรับส่งอีเมล์ และเปิดเว็บเล็กๆ น้อยๆ เทคโนโลยีใหม่เช่นนี้อาจช่วยต่ออายุอินเทอร์เน็ตในยุคที่คนแห่ดูวิดีโอได้นานขึ้นอีกนิด"






ไฟฟ้านาโน

น้ำมันหรือเชื้อเพลิงแบบฟอสซิลมีราคาแพงขึ้นทุกวัน หลายๆ คนเริ่มคิดหาทางใช้พลังงานไฟฟ้าจากเซลแสงอาทิตย์ ติดที่ว่าแผ่นเซลแสงอาทิตย์มีราคาแพงจนไม่คุ้มทุน อาร์เธอร์ โนซิก (Arthur Nozik) นักวิจัยแห่งห้องทดลองสถาบันพลังงานเชื่อว่านาโนเทคโนโลยีอาจมีคำตอบ

เซลแสงอาทิตย์ที่มีขายอยู่ทุกวันนี้ทำจากสารกึ่งตัวนำแบบซิลิกอน สามารถเปลี่ยนแสงแดดเป็นไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพดีพอสมควร แต่มีขั้นตอนการผลิตที่มีราคาแพง สารกึ่งตัวนำชนิดอื่นๆ แม้จะมีราคาถูกกว่าแต่ก็มีประสิทธิภาพสู้ซิลิกอนไม่ได้ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า จุดควอนตัม (Quantum dots) ซึ่งทำจากผลึกสารกึ่งตัวนำเล็กๆ มีขนาดเพียงไม่กี่นาโนเมตรอาจกลายเป็นสิ่งที่ให้พลังไฟฟ้าได้ในราคาต่ำกว่าพลังงานฟอสซิล


เซลแสงอาทิตย์ที่สร้างจากสารซิลิกอนผลิตไฟฟ้าได้เพราะโฟตอนจากแสงกระทบกับอิเล็กตรอนทำให้มันกระเด็นหลุดจากวงโคจรของอะตอม ตอนปลายทศวรรษ 1990 โนซิก ชี้ว่าเมื่อปล่อยแสงที่มีความเข้มสูงใส่จุดควอนตัม จะทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากวงโคจรได้มากกว่าหนึ่งตัว เมื่อถึงปี 2004 วิกเตอร์ คลิมอฟ (Victor Klimov) แห่งห้องทดลอง ลอส อลามอส ทำการทดลองที่พิสูจน์ว่าทฤษฏีของ โนซิก ถูกต้อง และในปีที่แล้วได้พัฒนาให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น คือสามารถทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากวงโคจรได้มากถึงเจ็ดตัว

การผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์โดยใช้จุดควอนตัมในเชิงพานิชย์ยังห่างจากความเป็นจริง เพราะพลังงานที่ผลิตได้ไม่สูงพอที่จะใช้ในงานจริง และแสงที่ต้องใช้เป็นแสงแบบความเข้มสูงในย่านเหนือม่วง แต่เมื่อดูจากแนวโน้มในการพัฒนาแล้วมีความเป็นไปได้สูงที่โครงการนี้จะสำเร็จได้ในอนาคต เมื่อถึงวันนั้นการใช้พลังงานจากฟอสซิลอาจจะกลายเป็นเพียงอดีต






เทคโนโลยีเพื่อการพรางตัว

การสร้างสนามพลังเพื่อให้วัตถุล่องหนแบบในนิยายวิทยาศาสตร์ของ เอช. จี. เวลส์ หรือการพรางตัวของยานอวกาศของพวกโลมูลัน ในภาพยนต์เรื่อง สตาร์ เทร็ก อาจกลายเป็นความจริงในอนาคต เพราะขณะนี้นักวิทยาศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยแห่งหนึ่ง สามารถสร้างสนามพลังซึ่งทำให้วัตถุที่อยู่ภายในสนามพลังล่องหนจากคลื่นวิทยุย่านไมโครเวฟ แม้จะไม่ล่องหนจากเคลื่นแสงในย่านที่ดวงตามนุษย์มองเห็น แต่การพัฒนาเพื่อให้ล่องหนจากสายตามนุษย์อาจสามารถทำได้ในลำดับต่อไป

เดวิด อาร์ สมิท (David R. Smith) นักวิทยาศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัย ดุ๊ก นำสิ่งประดิษฐ์รูปตัวซีเรียงกันเป็นวงกลมมาแสดงแก่สื่อมวลชน สิ่งประดิษฐ์นี้สามารถสร้างสนามพลังเพื่อเบี่ยงเบนคลื่นไมโครเวฟ ทำให้เมื่อนำวัตถุมาวางไว้ภายใน คลื่นไมโครเวฟจะแสดงอาการราวกับไม่มีสิ่งใดอยู่ที่นั่น เหมือนบริเวณนั้นเป็นช่องเปิดในอวกาศ

สิ่งประดิษฐ์นี้ถูกสร้างจาก "เมทาเมทีเรียลส์" (Metamaterials หมายถึงสสารใหม่ที่ถูกประดิษฐ์ขึ้น คุณสมบัติพิเศษของมันไม่ได้เกิดจากมวลสาร แต่เกิดจากการจัดเรียงกันทางกายภาพ) อันเป็นสิ่งที่มักพูดถึงกันในการสร้างอุปกรณ์ล่องหน คำว่าล่องหนในที่นี้ ไม่ได้หมายถึงการลดการสะท้อนสัญญาณเรด้า อย่างที่ใช้ในเครื่องบินรบล่องหน แต่หมายถึงล่องหนต่อสายตา ต่อทุกๆ คลื่นความถี่แสง สิ่งประดิษฐ์ของสมิท แม้จะสร้างได้แค่สนามแม่เหล็กเพื่อเบี่ยงเบนคลื่นวิทยุในย่านไมโครเวฟ แต่โดยหลักการแล้วก็อาจพัฒนาเพื่อนนำไปใช้กับคลื่นวิทยุและคลื่นแสงในย่านความถี่อื่นๆ ได้ทั้งนั้น สาเหตุที่สมิตเลือกไมโครเวฟเพียงเพื่อความสะดวกแก่การทดลองและการนำเสนอ

การสร้างเมทาเมทีเรียลส์เพื่อใช้หักเหแสงในย่านที่ตามนุษย์มองเห็นทำได้ยากกว่า เพราะต้องใช้นาโนเทคโนโลยี แต่ก็ไม่ยากจนไม่สามารถทำได้ นอกจากจะใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อสร้างสนามพลังในการล่องหนแล้ว ยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในแง่มุมอื่นๆ ได้อีกมาก เช่นการสร้างหน่วยเก็บของมูลคอมพิวเตอร์ และการเพิ่มความเร็วในการสื่อสารโทรคมนาคมผ่านสายใยแก้ว และเพิ่มประสิทธิภาพของการใช้พลังงานแสงอาทิตย์เป็นต้น






หมอไฮเทค ประจำตัวคุณ

ความก้าวหน้าของการใช้คอมพิวเตอร์และไมโครชิพในการแพทย์และการดูแลสุขภาพอาจไม่จำกัดวงอยู่แต่ภายในโรงพยาบาลอีกต่อไป เมื่อนักวิทยาศาสตร์แห่ง MIT กำลังหาทางทำให้มันเข้าไปอยู่ในบ้าน และติดตามตัวของคุณไป เพื่อให้แพทย์ได้รับข้อมูลสุขภาพของผู้ป่วยได้อย่างละเอียดและทันท่วงที

จอนห์ กัทเทก (John Guttag) อธิบดีคณะวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์ มหาวิทยาลัย MIT มีลูกชายซึ่งป่วยเป็นโรคปอดที่ต้องเข้าออกโรงพยาบาลเกือบทุกวัน เขาเล่าว่า "ทุกครั้งที่แพทย์มาตรวจ เขาจะนำเครื่องฟังหัวใจมาแนบที่ปอด จากนั้นจะประกาศว่า "เขามีอาการดีขึ้นกว่าเมื่อวานสิบเปอร์เซ็นต์" ซึ่งผมอยากสวนไปว่า "ผมไม่เชื่อหรอก"

กัทเทก เล่าต่อไปว่า "มันยากที่จะนั่งตรงนั้น ฟังหมอพูดว่าเขาสามารถบอกความแตกต่างสิบเปอร์เซ็นต์ได้โดยเพียงแค่ฟังจากสะเต็ดโตสโคปเท่านั้น แน่นอนเหลือเกินว่าต้องมีวิธีอื่นที่แม่นยำมากกว่านั้น"

สิ่งยากลำบากมากที่สุดสำหรับแพทย์ในปัจจุบันคือการวิเคราะห์ข้อมูลทางการแพทย์ เพราะแพทย์ในปัจจุบันนี้ถูกถล่มด้วยข้อมูลอันท่วมท้นที่หลั่งไหลออกมาจากเครื่องมือทดสอบทางการแพทย์ อุณหภูมิ ความดันโลหิต ภาพสแกนด้วยคอมพิวเตอร์ (MRI) แผนภูมิคลื่นสมอง (EKG) ฟิล์มเอ็กซ์เรย์ และอื่นๆ อีกมาก การพิจารณาข้อมูลเหล่านี้เพื่อดูว่าคนไข้มีแนวโน้มจะ (ยกตัวอย่างเช่น) หัวใจล้มเหลวหรือไม่ ทำได้ยากและกินเวลามาก กัทเทก เชื่อว่าคอมพิวเตอร์สามารถช่วยแพทย์วิเคราะห์ข้อมูลเหล่านี้ได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำขึ้น

"คนมักมองไม่เห็นแนวโน้มจนกว่ามันจะมากขึ้นจนเห็นได้ชัดเจน ผมเชื่อว่าหมอกำลังเสียเวลาทำสิ่งที่ใช้คอมพิวเตอร์ทำได้ดีกว่า" เขากล่าว ยกตัวอย่างเช่น การแปลสัญญาณไฟฟ้าในร่างกายเพื่อระบุอาการ ดูจะเหมาะใช้คอมพิวเตอร์ทำมากกว่าใช้คนทำ ในปี 2004 งานวิจัยของกัทเทกได้รับความสนใจจากโรงพยาบาลเด็กเมืองบอสตัน แพทย์และวิศวกรร่วมกันปรับปรุงระบบตรวจจับอาการลมชักในเด็กให้เป็นอุปกรณ์พกพา ใช้บันทึกคลื่นสมองของเด็กจำนวนสามสิบคน ทั้งก่อนและหลังมีอาการลมชัก จากนั้นนำรูปแบบของคลื่นสมองมาวิเคราะห์ด้วยอัลกอริทึมแยกประเภท เพื่อแยกรูปแบบของคลื่นสมองที่เกี่ยวข้องกับอาการลมชัก ออกจากคลื่นสมองรูปแบบปรกติ ช่วยให้นักวิจัยสามารถระบุรูปแบบของคลื่นสมองที่ส่อไปในทางลมชักได้สำเร็จ

ปัจจุบัน กัทเทก ทุ่มเทความสนใจให้กับการสร้างเครื่องวิเคราะห์สภาพของเส้นเลือดหัวใจแบบพกพา แม้ปัจจุบันจะมีเครื่องมือบันทึกข้อมูลลักษณะนี้ขายแล้ว แต่มันทำได้เพียงบันทึกข้อมูลเท่านั้น แพทย์จะต้องนำข้อมูลเหล่านี้มาวิเคราะห์ด้วยตนเองภายหลัง ซึ่งอาจพลาดประเด็นสำคัญที่ซ่อนอยู่ในข้อมูลจำนวนมากได้โดยง่าย ส่วนเครื่องมือของ กัทเทก จะบันทึกและวิเคราะห์ไปด้วยพร้อมๆ กัน ทำให้ผู้ป่วยโรคหัวใจสามารถตัดสินใจไปพบแพทย์ได้ทันท่วงที

"ผู้คนมักแสดงออกแต่ตางกันไปเมื่อได้ยินว่าจะมีการนำคอมพิวเตอร์มาใช้วินิจฉัยโรค แต่เราก็อยู่ในยุคที่ผู้คนกล้านั่งเครื่องบินที่บินด้วยคอมพิวเตอร์กันแล้ว จึงถือว่ามีเหตุผลที่จะคิดว่าคนคงทำใจรับสิ่งนี้ได้เช่นกัน" กัทเทก กล่าว





แอบดูเซลมะเร็งตัวร้าย

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถวิเคราะห์พฤติกรรมของเซลได้ถึงระดับแยกย่อยเล็กที่สุด ซึ่งจะช่วยให้สามารถรักษาโรคที่รักษาได้ยากอย่างมะเร็งและโรคเบาหวานได้ดีขึ้น

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมามีความก้าวหน้าในการสำรวจเซลๆ เดียวได้อย่างละเอียดถี่ถ้วนแบบที่ไม่เคยมีมาก่อน "ถ้าเป็นเมื่อสักสิบที่ที่แล้ว ผมคงคิดว่าเป็นไปไม่ได้" เป็นคำกล่าวของ โรเบิร์ต เคเนดี (Robert Kennedy) นักวิจัยทางเคมีแห่งมหาวิทยาลัย มิชิแกน-แอน อาร์เบอร์ ผู้ซึ่งกำลังทำวิจัยการฉีดอินซูลินเข้าไปในเซลเพียงเซลเดียวเพื่อค้นหาสาเหตุที่ทำให้เกิดโรคเบาหวานชนิดที่พบได้บ่อยที่สุด ในขณะเดียวกัน นอร์แมน โดวิชี (Normal Dovichi) นักวิจัยทางเคมีแห่งมหาวิทยาลัย วอชิงตัน ในซีแอตเติล กำลังทำการวิจัยที่มุ่งเน้นไปในการวิเคราะห์เซลเพียงเซลเดียว กำลังประสบความสำเร็จในการแยกแยะโปรตีนรูปแบบต่างๆ ที่ถูกผลิตจากเซลมะเร็งแต่ละเซล

โดวิชีได้เสนอสมมุติฐานที่ทำให้เกิดการโต้แย้งกันอย่างกว้างขวาง เขาเชื่อว่าเมื่อมะเร็งลุกลาม เซลต่างๆ ที่มีชนิดเดียวกันจะมีลักษณะของโปรตีนเปลี่ยนแปลงไปอย่างรุนแรง หากความเชื่อนี้ได้รับการพิสูจน์ว่าเป็นความจริง การตรวจสอบเพื่อดูว่ามะเร็งมีแนวโน้มที่จะลุกลามหรือไม่จะทำได้ง่ายขึ้น โดยตรวจดูเซลแต่ละเซลว่ามีความเบี่ยงเบนของโปรตีนหรือไม่ โดวิชีกำลังทำงานร่วมกับแพทย์เพื่อพัฒนาการวินิจฉัยโดยใช้หลักการนี้ หากประสบความสำเร็จจะช่วยให้แพทย์ตัดสินใจเลือกวิธีการรักษาที่ถูกต้องได้เร็วขึ้น ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญของความสำเร็จในการต่อกรกับโรคมะเร็ง

เทคนิคที่ใช้เพื่อตรวจดูเซลๆ เดียวเรียกว่า Laser jock ซึ่งเป็นเทคนิคเดียวกับที่ใช้ในโครงการทำฐานข้อมูล DNA ของมนุษย์ (Human Genome Project) เทคนิคนี้แม้จะเผยความแตกต่างระหว่างเซลแต่ละตัวแต่ก็ไม่สามารถจำแนกคุณสมบัติจำเพาะของโปรตีนแต่ละแบบได้ "ตอนนี้เรายังอยู่ในขั้นหัดเดิน" โดวิชีกล่าว "แต่ผมก็หวังว่าในอีกสิบ ยี่สิบ หรือสามสิบปีข้างหน้า ผู้คนจะมองย้อนกลับมาและกล่าวว่านี่เป็นขั้นหัดเดินที่น่าภูมิใจยิ่ง"






รูปแบบแสงขนาดเล็กเพื่อระบบจัดเก็บข้อมูลขนาดใหญ่

นักวิทยาศาสตร์พบวิธีการใหม่เพื่อบีบแสงให้เล็กลง และนำมาประยุกต์สร้างดีวีดีที่เก็บข้อมูลได้มากกว่าเดิมหลายร้อยเท่าในราคาที่ถูกอย่างเหลือเชื่อ

การเพิ่มความจุของแผ่นดีวีดีต้องหาทางสร้างเลนส์ที่เล็กลง แต่เมื่อเลนส์เล็กลงถึงขนาดครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น แสงจะไม่สามารถผ่านได้ นักฟิสิกส์พยายามหาทางเอาชนะข้อจำกัดนี้ แต่สิ่งประดิษฐ์ที่ได้มีความเปราะบางและซับซ้อนเกินกว่าที่จะนำมาใช้งานได้จริงจัง จนกระทั่งเร็วๆ นี้ สองวิศวกรแห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด เคนเนธ โครเซีย (Keneth Crozier) และเฟรดริโก คาพาสโซ (Federico Capasso) ได้ค้นพบกระบวนการง่ายๆ ที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในชิงพาณิชย์ได้ สิ่งที่พวกเขาประดิษฐ์ขึ้นเป็นเหมือน "เสาอากาศแสง" ที่มีขนาดเล็กในระดับนาโน สามารถนำไปเสริมเข้ากับเลเซอร์ที่ใช้ในชิงพาณิชย์ทั่วไปได้

สิ่งประดิษฐ์ของของ โครเซีย และคาพาสโซจะบีบแสงให้มีขนาดเหลือเพียงสี่สิบนาโนเมตร ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าแสงตามปรกติถึงยี่สิบเท่า หากนำมาใช้สร้างดีวีดีจะทำให้มีความจุมากถึง 3.6 เทราไบต์หรือมีความจุสูงกว่าดีวีดีขนาด 4.7 กิกกะไบต์ถึงเจ็ดร้อยห้าสิบเท่า แต่ก่อนที่จะนำมาใช้งานได้จริงวิศวกรต้องหาทางทำให้ เสาอากาศแสง มีขนาดเล็กลงมากกว่านี้อีก เพราะขนาดของเสาอากาศจะต้องมีขนาดพอๆ กับความยาวของคลื่น คือเพียงห้าสิบนาโนเมตรเท่านั้น

เมื่อพัฒนาจนเสร็จสมบูรณ์แล้ว ผลงานตามแนวคิดของ โครเซีย และคาพาสโซ จะเปิดโลกใหม่ให้กับการสร้างสื่อเก็บข้อมูลความจุสูงมาก การสร้างกล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังขยายมหาศาล และการประยุกต์ใช้งานที่เกี่ยวข้องกับแสงในด้านอื่นๆ อีกนับไม่ถ้วน





ภาพประกอบทางอินเตอร์เน็ต


เปิดสวิทช์ ปิดประสาท

รู้สึกซึมเศร้าใช่ไหม? เพียงเอื้อมมือปิดสวิตช์ จิตใจของคุณจะเบิกบานทันที นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวิธีสร้างสวิตช์ขนาดจิ๋ว เมื่อนำไปติดตั้งในสมองแล้วจะช่วยให้เปิด-ปิดความคิดจิตใจได้ตามใจชอบ เช่นเมื่อรู้สึกซึมเศร้าก็เพียงปิดสวิตช์สมองส่วนที่สร้างความหดหู่ จิตใจจะแช่มชื่นขึ้นทันที และยังนำไปใช้รักษาอาการอื่นๆ ซึ่งมีสาเหตุจากระบบประสาทได้สารพัดชนิด

คาร์ล ไดซเซอรอท (Karl Deisseroth) แห่งศูนย์การแพทย์สแตนฟอร์ด พบว่าบ่อยครั้งที่เขาต้องรักษาคนไข้โดยการ ช็อกด้วยไฟฟ้า (ECT) ในรายที่มีอาการซึมเศร้าอย่างรุนแรงถึงขนาดเดินไม่ได้ หรือกินอาหารไม่ได้ แม้การรักษาด้วยวิธีนี้จะช่วยรักษาชีวิตของคนไข้ไว้ แต่ก็เสียงต่อการสูญเสียความทรงจำ ปวดศีรษะ และผลข้างเคียงที่ร้ายแรงอื่นๆ ไดซเซอรอท ผู้ที่เป็นทั้งแพทย์และวิศวกรชีวะภาพคิดว่าเขามีวิธีที่ดีกว่านี้ เป็นหลักการใหม่ที่สง่างาม สามารถควบคุมระบบประสาทได้อย่างรวดเร็ว เป็นวิธีที่สักวันหนึ่งอาจนำไปใช้รักษาคนไข้ที่มีอาการทางประสาทอย่างได้ผลโดยปราศจากผลข้างเคียง

แม้นักวิทยาศาสตร์จะรู้ว่าอาการทางประสาทอย่างโรคซึมเศร้า แท้จริงมีสาเหตุมาจากความไม่สมดุลของสารเคมีในร่างกาย แต่ก็ไม่สามารถระบุได้อย่างแน่ชัดว่าเกิดจากเซลหรือเครือข่ายของเซลบริเวณใด เพื่อให้สามารถตรวจสอบได้ นักวิทยาศาสตร์จำเป็นจะต้องเปิดปิดบางส่วนของประสาท แต่วิธีการที่ใช้ขั้วไฟฟ้าติดไว้กับศรีษะให้ความแม่นยำไม่มากพอ ดังนั้น ไดซเซอรอท ร่วมกับ เอ็ด บอยเดน (Ed Boyden) ผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัย MIT และ ฮวง จาง (Feng Zhang) นักศึกษาจากมหาวิทยาลัย MIT จึงร่วมใจกันสร้างสวิตช์ทางกายภาพ ที่สามารถสั่งเปิดปิดส่วนต่างๆ ของเครือข่ายประสาทได้ตามใจชอบ

ปีที่แล้วไดซเซอรอทแจกจ่ายสวิตช์นับร้อยชุดไปยังห้องทดลองทั่วประเทศ "ผู้คนนำมันไปติดเข้ากับสารพัดสัตว์ เช่น หนอน หนู ปลา" เขาเล่า "นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากำลังใช้สิ่งนี้เพื่อศึกษาการทำงานของสมองในลักษณะต่างๆ เช่น การเคลื่อนไหว การเสพย์ติด และความอยากอาหาร เทคโนโลยีนี้ทำให้เราไม่ได้เป็นเพียงผู้สังเกตการเหมือนอย่างแต่ก่อน มันช่วยให้เราแทรกแทรง และควบคุมการทดลองได้ตามต้องการ"

ไดซเซอรอท หวังว่าในอนาคต เทคโนโลยีนี้จะไม่เพียงถูกนำมาใช้ในการค้นคว้าวิจัยเท่านั้น แต่จะถูกนำมาใช้ในการรักษาได้โดยตรง "มันยังเป็นเพียงช่วงเริ่มต้นและหนทางยังอีกยาวไกล" ไดซเซอรอทกล่าว "และหนทางอาจเต็มไปด้วยขวากหนาม แต่เมื่อสำเร็จ นักประสาทวิทยาจะมีเครื่องมืออันวิเศษที่ช่วยเผยความลับว่าสมองทำงานได้อย่างไร"






พลาสเตอร์ระดับนาโน

เราติดพลาสเตอร์ห้ามเลือดเมื่อถูกมีดบาด แต่ช่องเปิดขนาดจิ๋วภายในร่างกายที่เกิดจากการศัลยกรรม เช่นการผ่าตัดสมอง ไม่สามารถใช้พลาสเตอร์ธรรมดาได้ นักวิทยาศาสตร์จึงใช้นาโนเทคโนโลยีสร้างเส้นใยขนาดจิ๋ว ที่อาจนำมาใช้ช่วยชีวิตคนได้ในอนาคตอันใกล้

ภายในห้องหย่อนใจใกล้ห้องทดลองของ รูตเลด เอลลิส-เบนเคอะ (Rutledge Ellis-Behnke) นักวิจัยวิทยาศาสตร์ ซึ่งตั้งอยู่ในอาคารประสาทวิทยาที่เพิ่งสร้างขึ้นใหม่เอี่ยมในวิทยาเขตของ MIT เอลลิส-เบนเคอะนำวิดีโอมาเปิดแสดงให้ชม เนื้อหาในวิดีโอแสดงผ่าตัดหนูทดลอง เขาใช้มีดกรีดตับและเส้นเลือดใหญ่ ทำให้โลหิตพุ่งกระฉูดตามจังหวะการเต้นของหัวใจ เอลลิส-เบนเคอะปิดแผลด้วยของเหลวใส มีผลให้เลือดหยุดไหลทันที หากไม่ได้รับการรักษา บาดแผลนั้นมีผลร้ายแรงที่ทำให้ถึงตายได้ แต่ผลปรากฏว่าหนูสบายดี


สิ่งที่ใช้คือสารที่ถูกประดิษฐ์ขึ้นใหม่ สร้างจากอนุมูลโปรตีนขนาดจิ๋วระดับนาโนที่เรียกว่าเพ็พไทด์ (peptides) คุณสมบัติของมันที่สามารถยับยั้งการไหลของเลือดได้อย่างทันทีทำให้มันมีประโยชน์มากในการผ่าตัด การปฐมพยาบาล และในสนามรบ ที่ดียิ่งไปกว่านั้นคือสารนี้ช่วยสร้างสภาพแวดล้อมที่อาจทำให้การรักษาความเสียหายของสมองและกระดูกสันหลังเป็นไปได้รวดเร็วมากกว่าปรกติ

การค้นพบเพ็พไทด์หยุดเลือดนี้เริ่มในปี 1990 เมื่อ จาง ซิวกวง (Shuguang Zhang) วิศวกรชีวภาพที่ MIT ค้นพบโดยบังเอิญขณะศึกษาการเรียงตัวของ DMA ในเพ็พไทด์ เขาพบว่าภายใต้สถานการบางอย่าง เพ็พไทด์สามารถก่อรูปเป็นเส้นใยได้ จางและพวกลงเอยด้วยการสร้างเพ็พไทด์จากรดอะมิโนสิบหกตัวที่มีรูปร่างเหมือนหวีและเพ็พไทด์เหลวที่มีลักษณะเป็นเจลใส

"ผมไม่รู้ว่าผลกระทบจากสิ่งประดิษฐ์นี้จะกว้างขวางเพียงใด" ราม ชาติธานี (Ram Chuttani) ศาสตราจารย์แห่งวิทยาลัยการแพทย์ฮาร์วาร์ด กล่าว "แต่ถ้าคุณสามารถหยุดเลือดได้ คุณก็สามารถผ่าตัดได้โดยเห็นบริเวณที่จะผ่าได้ชัดเจนขึ้นมาก และนั่นหมายถึงโอกาสที่การผ่าตัดจะประสบความสำเร็จมีสูงขึ้น"






ภาพดิจิตอลยุคใหม่ สุดยอดแห่งความคมชัดลึก

ริชชาร์ด บารันลุค (Richard Baraniuk) และเควิน เคลลี (Kevin Kelly) มีวิสัยทัศน์ที่จะสร้างภาพดิจิตอลความละเอียดสูงล้ำอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน โดยการยกเครื่องทั้งทางฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์

บารันลุคและเคลลีเป็นศาสตราจารย์ภาควิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์มหาวิทยาลัยไรซ์ ทั้งคู่ช่วยกันพัฒนากล้องถ่ายภาพระบบดิจิตอลที่ไม่ต้องบีบอัดภาพ แต่ใช้ตัวรับภาพเพียงตัวเดียวนำข้อมูลภาพมาประมวลผลด้วยอัลกอริทึมใหม่ที่สามารถสร้างภาพได้ในความละเอียดสูง

เทคโนโลยีที่เป็นหัวใจของงานนี้มีชื่อว่า คอมเพรสซีฟ เซนซิง (Compressive sensing) กล้องที่ใช้เทคนิคนี้มีปริมาณข้อมูลน้อยกว่ากล้องถ่ายภาพดิจิตอลในปัจจุบัน อัลกอริทึมของบารันลุคและเคลลีจะแปลงภาพเป็นข้อมูลจำนวนหนึ่งแล้วนำไปเรียงอย่างสุ่มในตะแกรงขนาดจิ๋ว ไม่ต่างจากการเล่นเกมปริศนาซูโดกุ (Sudoku puzzle) เมื่อคอมพิวเตอร์เล่นเกมปริศนานี้เสร็จแล้ว เราจะได้ภาพความละเอียดสูง ภาพที่ได้มีความสมบูรณ์แม้ข้อมูลจะขาดหายไปบ้าง


คอมเพรสซีฟ เซนซิง มีจุดเริ่มจากทฤษฏีทางคณิตศาสตร์ที่ถูกตีพิมพ์ในปี 2004 คณะทำงานที่ ไรซ์ สามารถเปลี่ยนทฤษฏีนี้ ให้กลายเป็นสิ่งที่ใช้งานได้จริงและนำออกสาธิตโดยใช้เวลาอันสั้น เคลลีประมาณว่าจะมีผลิตภัณฑ์ที่ใช้หลักการนี้ออกจำหน่ายภายในอีกสองปีข้างหน้า เมื่อถึงตอนนั้นเราจะมีเครื่องสแกนคอมพิวเตอร์ (MRI) ที่ทำงานได้เร็วขึ้นสิบเท่า และหลังจากนั้นจะมีสินค้าอุปโภคบริโภคที่ใช้เทคโนโลยีนี้ เช่น กล้องถ่ายภาพความละเอียดสูงในโทรศัพท์เคลื่อนที่ ภาพดิจิตอลใหญ่ขนาดโปสเตอร์ และสินค้าอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับภาพถ่ายที่คมชัดสูง





มือถือบอกสถานที่

มือถือยุคใหม่ให้ข้อมูลสถานที่ต่างๆ กับคุณได้โดยใช้กล้องจับภาพ ลองนึกภาพว่าคุณยืนอยู่หน้าตึก เอมไพร์สเตท แล้วนึกอยากรู้ข้อมูลเกี่ยวกับอาคารนี้ สิ่งที่คุณต้องทำมีเพียงยกโทรศัพท์มือถือโนเกียรุ่นล่าสุดขึ้น เล็งกล้องถ่ายภาพไปยังตึก ภายในอึดใจข้อมูลต่างๆ จะแสดงให้เห็นบนหน้าจอ ไม่ว่าจะเป็นตำแหน่งสถานที่ตั้งพร้อมแผนที่ อัตราค่าเช่าพื้นที่สำนักงาน หรือแม้กระทั่งรายการอาหารที่เสริฟในภัตตาคารทั้งหมดที่มีอยู่ภายในอาคารนั้น เทคโนโลยีนี้มีพร้อมแล้วในขณะนี้

วิศวกรที่ศูนย์วิจัยของโนเกียในกรุงเฮลซิงกิ ประเทศฟินแลนด์ พัฒนาเทคโนโลยีที่จะเชื่อมผู้ใช้โทรศัพท์มือถือโนเกียเข้ากับแหล่งข้อมูลโดยใช้ระบบที่ตั้งชื่อว่า Mobile Augmented Reality (MAR) ระบบนี้นอกจากจะช่วยให้ผู้ใช้สามารถเดินทางไปยังสถานที่ๆ ต้องการได้โดยไม่หลงทางแล้ว ยังช่วยให้ตัดสินใจได้ว่าเมื่อไปถึงที่หมายแล้วจะทำอะไรกันบ้างดี

เมื่อเดือนตุลาคมที่ผ่านมานักวิจัยนำ MAR ออกสาทิตเป็นโทรศัพท์ที่ประสมประสานเครื่องนำร่องด้วยดาวเทียม (GPS) เข็มทิศ เครื่องวัดการเคลื่อนที่ รวมอยู่ในโทรศัพท์อัจฉริยะของโนเกีย โทรศัพท์นี้สามารถคำนวณตำแหน่งของสถานที่ใดๆ ก็ได้ที่กล้องถ่ายภาพสามารถจับภาพได้ จากนั้นจะให้ข้อมูลต่างๆ เช่นชื่อของอาคาร สถานที่สำคัญใกล้เคียง โดยดึงมาจากฐานข้อมูลผ่านทางอินเทอร์เน็ต

สตีเวน ฟีเนอ (Steven Feiner) ผู้อำนวยการศูนย์คอมพิวเตอร์กราฟิก มหาวิทยาลับโคลัมเบียกล่าวว่าโครงการนี้เริ่มจากงานวิจัยที่ดำเนินติดต่อกันมานานกว่าสิบปี "สิ่งที่แตกต่างจากตอนต้นมีเพียงอย่างเดียวคือ แรกเริ่มเราพัฒนาระบบนี้ในคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ แต่ตอนนี้ส่วนฮาร์ดแวร์หดเหลือเพียงโทรศัพท์มือถือเล็กๆ เครื่องเดียว"

โครงการนี้อาศัยเทคโนโลยีอัลกอริทึมการวิเคราะห์ภาพถ่ายตามเวลาจริงที่พัฒนาโดยศูนย์วิจัยของโนเกีย ใน พาโล อัลโตด้วย "เราหวังว่าอัลกอริทึมนี้จะช่วยให้ไม่ต้องใช้เครื่องมือตรวจหาตำแหน่ง" คาริ พอลลิ (Kari Pulli) ผู้อำนวยการศูนย์วิจัยกล่าว "หากทำได้จะทำให้ช่วยให้ระบบมีประสิทธิภาพมากขึ้น" ทุกฝ่ายเห็นพ้องต้องกันว่าขณะที่มีเทคโนโลยีครบสำหรับระบบ MAR เรียบร้อยแล้ว และสามารถนำออกสู่ตลาดได้เลย สิ่งที่ท้าทายมีเหลืออยู่เพียงประการเดียวคือทำอย่างไรให้เจ้าของเครือข่ายยอมรับว่าลูกค้าจะยินดีจ่ายเงินเพื่อรับบริการเสริมนี้ "ถ้ามีผู้ให้บริการสักรายเดียวยอมออกบริการนี้ MAR ก็จะพุ่งไปเหมือนติดปีก" พอลลิกล่าวทิ้งท้าย

เชื่อเหลือเกินว่าในอนาคตอันใกล้บรรดาเทคโนโลยีต่างๆ เหล่านี้ ก็น่าจะปรากฏผลเป็นรูปธรรมที่ชัดเจนมากขึ้น ซึ่งแน่นอนว่าอรรถประโยชน์ที่จะได้รับนั้น ย่อมมากมายมหาศาล นับเป็นเรื่องน่าทึ่งที่ในโลกปัจจุบัน ที่เทคโนโลยีและวิทยาศาสตร์ดูจะก้าวไกลเกินกว่าที่ใครจะคาดคิด ดังนั้นแล้วการเลือกติดตามและใช้เทคโนโลยีให้เกิดประโยชน์ คุ้มค่าสูงสุด ย่อมเป็นสิ่งที่สำคัญที่ผู้ใช้ทุกคนจะต้องระลึกไว้อยู่ตลอดเวลา