การพัฒนาระบบตรวจคัดกรองไมโครพลาสติกในของเหลวโดยอาศัยการกระเจิงของแสงจากเลเซอร์หลายความยาวคลื่น

ผลงานของผมและทีมผ่านการพิจารณารูปเล่มงานวิจัยเข้าสู่รอบชิงชนะเลิศ ซึ่งต้องนำเสนอแนวคิด อธิบายผลการทดลอง และสาธิตการทำงานของต้นแบบจริงต่อคณะกรรมการ ก่อนจะได้รับรางวัลเหรียญเงินในสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพ ความสำเร็จครั้งนี้แสดงถึงความสามารถในการพัฒนางานวิจัยให้กลายเป็นระบบที่ทำงานได้จริง

โครงงานเริ่มต้นจากการตระหนักว่าพลาสติกเป็นสิ่งที่พบได้ทั่วไปในชีวิตประจำวัน ขณะที่ไมโครพลาสติกสามารถปนเปื้อนอยู่ในแหล่งน้ำและสร้างความกังวลต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพ แต่การตรวจยืนยันด้วยเครื่องมืออย่าง FTIR หรือ Raman มีค่าใช้จ่ายสูงและต้องอาศัยผู้เชี่ยวชาญ

ผมและทีมจึงออกแบบต้นแบบสำหรับตรวจคัดกรองไมโครพลาสติกเบื้องต้นด้วยหลักการกระเจิงของแสง โดยใช้เลเซอร์สีแดงความยาวคลื่นประมาณ 650 นาโนเมตร และเลเซอร์สีเขียวประมาณ 532 นาโนเมตร ร่วมกับโฟโตไดโอด BPW34 เพื่อรับแสงที่กระเจิงออกจากอนุภาคในของเหลว

บทบาทหลักของผมคือการออกแบบหลักการทำงานของระบบ เขียนโปรแกรมสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ ต่อวงจรอิเล็กทรอนิกส์ และปรับเทียบผลการทดลอง ผมต้องศึกษาการทำงานของโฟโตไดโอด การขยายสัญญาณด้วยวงจร LM358 และการอ่านค่าจากเซนเซอร์ด้วย ESP32/ESP8266 ก่อนนำองค์ความรู้แต่ละส่วนมาประกอบเป็นระบบเดียว

ภายในต้นแบบมีการใช้กล่องทึบแสงเพื่อลดสัญญาณรบกวนจากสภาพแวดล้อม พร้อมติดตั้งเลเซอร์ต่างระดับเพื่อศึกษาทั้งการตอบสนองต่อความยาวคลื่นและแนวโน้มการกระจายตัวของอนุภาคในของเหลว

ผลการทดลองแสดงความแตกต่างที่ชัดเจน โดยน้ำใสชนิดต่าง ๆ ให้ค่าดิจิทัลจากเซนเซอร์เฉลี่ยประมาณ 78–85 ขณะที่น้ำผสมทรายให้ค่าประมาณ 130.3 และ 190.7 ส่วนตัวอย่างที่มีอนุภาคโฟมพลาสติกจำลองให้ค่าสูงที่สุดถึง 298.00 และ 330.3 จากเลเซอร์สีแดงและสีเขียวตามลำดับ

ผลที่ได้แสดงให้เห็นว่าต้นแบบสามารถแยกกลุ่มน้ำใสออกจากของเหลวที่มีอนุภาคแขวนลอยได้ และรูปแบบการตอบสนองจากหลายความยาวคลื่นยังมีศักยภาพในการนำไปพัฒนาสำหรับจำแนกลักษณะของอนุภาคได้ในอนาคต

ในขั้นต่อไปผมต้องการแยกการทดลองด้านความยาวคลื่นและระดับความสูงออกจากกันอย่างเป็นระบบ เพิ่มตัวอย่างพลาสติกหลายชนิดและหลายขนาด ปรับเทียบกับความเข้มข้นที่ทราบค่า และสร้างฐานข้อมูลสัญญาณสำหรับพัฒนาอัลกอริทึมหรือ Machine Learning ให้สามารถจำแนกรูปแบบของอนุภาคได้แม่นยำยิ่งขึ้น

ประสบการณ์ครั้งนี้ทำให้ผมได้เชื่อมโยงฟิสิกส์ อิเล็กทรอนิกส์ การเขียนโปรแกรม และการวิเคราะห์ข้อมูลเข้าด้วยกันเพื่อแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นจริง ซึ่งเป็นรากฐานที่ผมต้องการต่อยอดในการเรียนด้านระบบฝังตัว ไมโครโปรเซสเซอร์และการต่อประสาน การประมวลผลสัญญาณ และการวิเคราะห์ข้อมูล