ดูเหมือนกระแสเทคโนโลยี Internet of Things (IoT) หรือการเชื่อมต่ออินเตอร์เน็ตเพื่อสร้างและรับข้อมูลผ่านอินเตอร์เน็ตของทุกสรรพสิ่ง กำลังโหมกระพือรุนแรงมากขึ้นในช่วงปีที่ผ่านมาอย่างไม่มีทีท่าว่าจะลดลงในอนาคตอันใกล้นี้ บทความชุด “ความละเอียดอ่อนของการเป็นตัวแทน” ก็อยู่ในกระแสธารนี้เช่นเดียวกัน แต่จะขอเกาะในด้านทิศทางตรงกันข้ามนั่น คือ เน้นการตั้งคำถามและการหาคำตอบเกี่ยวกับการใช้ IoT ในบริบทนวัตกรรมเชิงลึกที่มีผลกระทบกับคนหมู่มาก มิใช่ในระดับการทดลอง
หลักใหญ่ใจความสำคัญของ IoT ในขณะนี้ คือ ต้องการคุณค่าที่เครื่องมือนี้สามารถ “สร้างข้อมูล” ได้ เรารู้แล้วว่าข้อมูลมีประโยชน์ แม้ข้อมูลสำคัญมากพอที่จะสร้างความเปลี่ยนแปลงได้ แต่กระแสที่สื่อกำลังโหมกระพือนี้กลับไม่ได้ให้ความสำคัญกับ “คุณภาพของข้อมูล” เท่าที่ควร
ตอนแรกนี้จะขอเล่าถึงความละเอียดของของ “การตรวจวัดอุณหภูมิอากาศ”
ฟังดูอาจจะเป็นเรื่องง่ายหรือรู้สึกง่ายเพราะเรามักจะเห็นอุปกรณ์ตรวจวัดทั้งแบบอนาล็อก ดิจิตอล หรือแบบกายภาพพื้นฐานอย่างปรอท ติดอยู่ตามส่วนต่างๆ เช่น ในห้องประชุม อาคารสำนักงาน รถไฟฟ้า ห้องปฏิบัติการ โรงงาน ฯลฯ ซึ่งแต่ละพื้นที่แต่ละอุปกรณ์วัดล้วนมีวัตถุประสงค์แตกต่างกันออกไป
แต่หนึ่งในเรื่องพื้นฐานของการตรวจวัดอุณหภูมิอากาศ คือ ความสามารถในการเป็นตัวแทนของมวลอากาศ ณ จุดที่อุปกรณ์ติดตั้งในเวลาหนึ่งๆ ซึ่งในแนวคิดแบบอุดมคติแล้ว การมีอุปกรณ์วัดไปติดตั้ง ณ จุดที่ต้องการตรวจวัดเท่ากับการระบบกวนระบบของอากาศบริเวณนั้น และค่าที่ตรวจวัดจะไม่ใช่ค่าอุณหภูมิอากาศที่ต้องการจริงๆ (ซึ่งอุณหภูมิอากาศ “จริง” เป็นค่าที่ไม่มีใครรู้และทำไม่ได้จริงในสภาพแวดล้อมเปิด)
อย่างไรก็ตามแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะตรวจวัดอุณหภูมิอากาศโดยไม่มีอุปกรณ์ไปติดตั้งบริเวณนั้นๆ ฉะนั้นแนวคิดของเรื่องนี้จึงกลายเป็น ทำอย่างไรก็ได้ให้อุปกรณ์ตรวจวัดรบกวนระบบอากาศน้อยที่สุด และตัวอุปกรณ์เองไม่ส่งผลต่ออุณหภูมิรอบข้างที่ทำการตรวจวัด กล่าวให้ง่ายขึ้น อุปกรณ์ตรวจวัดต้องทำการตรวจวัดเสมือนไม่มีอุปกรณ์อยู่ และอุปกรณ์เองห้ามก่อความร้อนเด็ดขาด
ด้วยแนวคิดเช่นนี้ การออกแบบตัววงจรอิเล็กทรอนิกส์ หลักการตรวจวัด และชิ้นส่วนที่ต้องป้องกันวงจรต้องมีคุณสมบัติของวัสดุที่เหมาะสมในเรื่องการรับและถ่ายเทความร้อน และส่วนของรูปทรงที่อากาศถ่ายเทได้สะดวกที่สุด
แน่นอนว่าข้อพิจารณาเหล่านี้ยังไม่เป็นที่แพร่หลายในไทยนัก ทว่าในต่างประเทศได้มีการศึกษาทดลองเพื่อประเมินประสิทธิภาพและประสิทธิผลของอุปกรณ์ตรวจวัดอุณหภูมิอากาศเอาไว้อย่างแพร่หลาย เราสามารถค้นหาได้ตามเว็บไซต์บริษัทที่ผลิตและขายอุปกรณ์วัดของต่างประเทศชั้นนำหลายเจ้า
หากมีข้อกังขาว่าบริษัทที่ขายย่อมต้องชูข้อดีสินค้าตนเองอยู่แล้ว ซึ่งไม่ใช่เรื่องแปลก แต่บริษัทเหล่านี้เป็นผู้ส่งอุปกรณ์ตรวจวัดให้หน่วยงานอย่าง National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) หรือองค์การบริหารมหาสมุทรและชั้นบรรยากาศแห่งชาติ เป็นหน่วยงานที่ศึกษาสภาพอากาศ มหาสมุทรของทั่วทั้งโลกฉะนั้นเรื่องของการทดสอบ และความละเอียดอ่อนเชื่อถือได้
ต่อไปนี้จะเป็นส่วนของเทคนิค โดยส่วนป้องกันที่มีไว้ให้สำหรับอุปกรณ์ตรวจวัดอุณหภูมิอากาศเรียกว่า Radiation Shield หรือตัวป้องกันรังสี (จากดวงอาทิตย์) ก่อนหน้านี้หากใครเคยเห็นสถานีอุตุนิยมวิทยาเราจะพบว่าเป็นตู้สีขาวมีชั้นไม้ระแนงเหมือนบานเกร็ดด้านในใส่ปรอทวัดอุณหภูมิเอาไว้ ตู้นี้มีชื่อว่า Stevenson Screen
ทั้งตู้ Stevenson Screen และ Radiation Shield มีหน้าที่หลักคือป้องกันรังสีอาทิตย์(แดดเปรี้ยงๆ นั่นแหละครับ) ไม่ให้มาโดนหัวของอุปกรณ์ตรวจวัดหรือ Probe หากเป็นชนิดปรอท Probe เป็นบริเวณที่เราเอาไว้จุ่มสารละลายวัดหรือสัมผัสอากาศ หากเป็นชนิดดิจิตอลสำหรับงาน IoT จะมีลักษณะเป็นตาข่ายละเอียดหรือวัสุมีรุพรุนละเอียด
ประเด็นที่หนึ่ง เนื่องจากแสงแดดที่เราเห็นมีรังสีจากดวงอาทิตย์หลายชนิดแต่ละชนิดมีพลังงานหรือความร้อนอยู่ ฉะนั้นหากหัว Probe ได้รับแสงโดยตรงจะทำให้มีความร้อนสะสมและแผ่อุณหภูมิที่สูงกว่าอากาศโดยรอบไปสู่ Micro Chip หรือปรอท ทำให้ “ค่าตรวจวัด” สูงกว่าอุณหภูมิอากาศที่ควรจะเป็น และข้อมูลดังกล่าวจะนำไปใช้เป็นตัวแทนอากาศหรือใช้ประโยชน์ไม่ได้
ประเด็นที่สอง ด้วยวัตถุประสงค์ต้องการทราบอุณหภูมิของอากาศ ฉะนั้นอุปกรณ์ครอบหัวตรวจวัด จะต้องระบายอากาศหรือถ่ายเทอากาศได้ดีมากเพียงพอหรือใกล้เคียงกับการถ่ายเทอากาศเมื่อไม่มีชิ้นส่วนครอบ ทำให้เราเห็น Stevenson Screen และ Radiation Shield มีลักษณะเป็นบานเกร็ดชั้นๆซ้อนกัน มีช่องว่างเพื่อให้อากาศสามารถไหลเวียนเข้าไปภายในและไหลออกมาภายนอกได้
ความละเอียดอ่อนอยู่ตรงนี้ เมื่อต้องการให้อากาศไหลผ่านได้ดี รูปทรงของชิ้นส่วนจึงต้องได้รับการทดสอบว่าถ่ายเทอากาศได้ดีหรือไม่ เพราะหากไม่เกิดการไหลเวียนเท่ากับว่าอากาศที่ไหลเข้าไปถูกตรึงอยู่ในพื้นที่หนึ่งเมื่ออยู่กลางแดดอากาศในพื้นที่นั้นจะอบตัวมากกว่าอากาศภายนอก นำไปสู่ค่าการตรวจวัดที่คลาดเคลื่อนออกไปเช่นเดียวกัน
ต่อมาเป็นเรื่องของวัสดุ หากวัสดุมีคุณสมบัติอมความร้อน หรือถ่ายเทความร้อนได้ไม่ดี เมื่ออยู่กลางแสงแดดนานๆ วัสดุของ Stevenson Screen และ Radiation Shield จะร้อนมากขึ้น หลังจากอุณหภูมิอากาศเย็นลงในช่วงเย็นหรือค่ำ วัสดุยังคายความร้อนออกมาไม่หมดและยังคายต่อไปจนถึงกลางคืน หมายความว่าค่าอุณหภูมิของอากาศที่ตรวจวัดได้จะเกิดความคลาดเคลื่อนอีกเช่นเดียวกัน
จากการศึกษาและค้นหาเว็บไซต์รวมถึงงานวิจัยเรื่อง Radiation Shield พบว่ามีการทดสอบตัว Radiation Shield จากหลากหลายยี่ห้อและหลากหลายรูปทรงเพื่อหาว่ารูปแบบใดสามารถเป็นตัวแทนอุณหภูมิอากาศได้ดีที่สุดหรือมีความคลาดเคลื่อนน้อยที่สุด
วัสดุหลักที่ใช้ในการผลิต Radiation Shield ในด้านอุตุนิยมวิทยานี้ คือพลาสติด ABS ผสมสารป้องกันการผุกร่อนจากรังสี UV เพื่อเพิ่มอายุการใช้งาน เคลือบผิวด้วย Aluminium บางอีกชั้นหนึ่ง ทำให้ Radiation Shield มีความสามารถในการถ่ายเทความร้อนได้รวดเร็วขึ้นจากอะลูมิเนียม และมีความทนทานต่อสภาพแวดล้อมและความร้อนจากรังสีดวงอาทิตย์
Radiation Shield ได้รับการพัฒนามาจนมีหลากรูปแบบ โดยพื้นฐานการทำงานแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือแบบ Active และ Passive แบบ Active เป็น Radiation Shield ที่มีพัดลมอยู่ภายในลักษณะคล้ายพัดลมในคอมพิวเตอร์ หน้าที่หลักคือดูอากาศให้เข้าไปสัมผัสกับหัว Probe แล้วมีการไหลเวียนออกในอีกทิศทางหนึ่ง ข้อดีของการมีพัดลมคือการดูอากาศเข้าไปภายในด้วยตัวเองและมีการระบายออก ลดปัญหาเรื่องอากาศภายในนิ่งแล้วสะสมความร้อน แต่จะมีต้นทุนเพิ่มขึ้นเรื่องการบำรุงรักษาพัดลม
แบบ Passive จะตรงตามชื่อนั่นคือไม่มีพัดลม เป็นเพียงชิ้นส่วนพลาสติกเรียงต่อกันมีช่องว่าให้อากาศไหลเข้ามาภายในเองเท่านั้น แม้จะเป็นที่แพร่หลายมากกว่าในแง่ของการไม่มีต้นทุนบำรุงรักษา แต่ Passive จะมีปัญหาเรื่องความร้อนสะสมในตัว Radiation Shield เมื่ออากาศนิ่ง
กล่าวคือหากไม่มีลมพัดผ่านเข้าไปในตัว Radiation Shield แบบ Passive อากาศภายในจะนิ่งและอุณหภูมิจะสูงขึ้นมากกว่าอากาศโดยรอบที่ต้องการตรวจวัด จากการทดลองพบว่า ต้องมีลมพัดด้วยความเร็ว 2–4 เมตรต่อวินาทีหรือ 7–14 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ค่าความคลาดเคลื่อนจากอากาศอบความร้อนจึงจะน้อยที่สุดเข้าใกล้แบบ Active
ล่าสุดมีการออกแบบและวางขายตัว Radiation Shield รูปแบบใหม่ซึ่งได้มีการทดลองแล้วพบว่าระบายอากาศได้ดีเทียบเท่ากับ Active ทั้งยังลดปัญหาเรื่องความสกปรกที่หลายๆคนมองข้าม โดยพิสูจน์แล้วว่าดีกว่าในหลายๆด้าน
นอกจากนี้ส่วนของ Radiation Shield ยังเป็นแค่ส่วนหนึ่งเท่านั้น ยังมีชิ้นส่วนของ Probe ที่มีการพัฒนาออกมาอีกหลากหลายรูปแบบ ตัวอย่างเช่น ใช้วัสดุที่เป็นโลหะรูพรุน หรือใช้วัสดุที่เป็นพลาสติกแบบตาข่าย ซึ่งความแตกต่างของทั้งวัสดุและลักษณะของรูพรุนส่งผลโดยตรงต่อการผันแปรตามอุณหภูมิอากาศที่เข้ามาภายใน Radiation Shieldแล้ว บางรุ่นมีการทดสอบว่าให้ความคลาดเคลื่อนน้อยสุดที่ความเร็วลมเท่าไหร่ หรือบอกว่าสามารถรับแรงลมได้ถึงระดับใดฯลฯ
กล่าวโดยสรุป การตรวจวัดอุณหภูมิของอากาศเป็นเรื่องละเอียดอ่อนอย่างยิ่ง หากต้องการข้อมูลที่มีคุณภาพ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องใส่ในในรายละเอียดเหล่านี้ เพื่อว่าหากระยะเวลาผ่านไปหรือบริบทการตรวจวัดมีการแกว่งขึ้น-ลงของอุณหภูมิ การชดเชยค่าความคลวาดเคลื่อนจะทำให้เราได้ข้อมูลที่ใกล้ความจริงยิ่งขึ้น รวมไปถึงหากมีลักษณะข้อมูลที่แปลกประหลาดหรืออยู่นอกเหนือกรณีที่อาจเกิดขึ้น การลงลึกถึงรายละเอียดเช่นนี้จะทำให้เราจำกัดขอบเขตของปัญหา และมุ่งตรงไปสู่สาเหตุได้ดียิ่งขึ้น
อย่างไรก็ตามในหัวข้อนี้แม้จะเน้นไปที่การตรวจวัดในสภาพอากาศเปิดที่มีความหลากหลายซับซ้อนและปัจจัยที่ควบคุมไม่ได้มีอยู่มาก กระนั้นในบริบทอื่นที่แตกต่างออกไปเช่น ตรวจวัดอุณหภูมิในโรงเรือน ตรวจวัดอุณหภูมิภายในและนอกอาคาร ตรวจวัดอุณหภูมิในรถไฟฟ้า ฯลฯ เหล่านี้ล้วนต้องตั้งวัตถุประสงค์และเลือกการวางตำแหน่ง วัสดุ และชนิดของอุปรกรณ์ให้เหมาะสมกับลักษณะของงาน
ด้วยในปัจจุบันนี้มีกระแสของ IoT เป็นจำนวนมาก ผู้ผลิตและผู้จัดจำหน่ายมีอุปกรณ์ออกมาวางขายในช่องทางต่างๆ ผู้ใช้งานหรือเจ้าของโครงการจำเป็นต้องศึกษาหาให้เข้าใจ เพราะการทำงานจริงยังมีบริบทของคน บริบทของนโยบายเข้ามาเกี่ยวข้ออีกมาก การเลือกใช้อุปกรณ์ได้อย่างเหมาะสมกับงาน เหมาะสมกับราคาและบริบทของงานที่จะทำ ต้องได้รับความเอาใจใส่เพื่อให้เกิดผลของงานในทางที่เป็นประโยชน์สูงสุด
ถึงตรงนี้หวังว่าเราจะพาเข้าใกล้ความจริงมากยิ่งขึ้นสำหรับการตรวจวัดสภาพอุณหภูมิของอากาศที่ได้ข้อมูลอย่างมีคุณภาพมากขึ้น และหวังว่าจะเป็นประโยชน์และเปิดมุมมองให้ผู้ที่กำลังจะทำงานหรือมีโครงการด้านนี้ ได้ใส่ใจในรายละเอียดและได้ “ข้อมูล” ที่สมกับความตั้งใจ
ปล.เรายังเกาะกระแส IoT ต่อไป ติดตามกันด้วยนะครับ
