เหล่าคนหัวกะทิจากมหาวิทยาลัยชั้นนำของโลก กำลังซุ่มพัฒนานวัตกรรมสุดจินตนาการที่อาจเปลี่ยนอนาคตไปตลอดการ พวกเขาท้าทายตัวเอง ท้าทายความเชื่อเดิม และท้าทายเวลาที่จำกัดจำเขี่ย แม้หลายโครงการจะเป็นเพียงฝันค้างฟ้า แต่มีจำนวนไม่น้อยที่พร้อมจะทำให้เป็นความจริง
ปี 2017 โลกกำลังเผชิญความกดดัน
เรามาสำรวจกันว่า 7 โครงการจากรั้วมหาลัย จะเปลี่ยนโลกเราได้อย่างไร
เสื้อเย็นสบาย จากเส้นใยแสนฉลาด
ผลงานของมหาวิทยาลัย Stanford
อากาศร้อนๆ บังคับให้คนเปิดเครื่องปรับอากาศเพิ่มมากขึ้น หมายความว่าเราต้องใช้พลังงานไฟฟ้ามากกว่าเดิม ยิ่งร้อนก็ยิ่งต้องการความเย็น แค่ในประเทศอเมริกาเอง มีการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์จากเครื่องปรับอากาศปีละ 100 ล้านเมตริกตัน
แต่นวัตกรรมเส้นใยคุณภาพสูง สามารถนำมาตัดเป็นชุดเพื่อสวมใส่ในชีวิตประจำวัน โดยมีเป้าหมายในการลดอุณหภูมิร่างกายอย่างน้อย 2 องศาเซลเซียสจากสภาพแวดล้อมภายนอก มันบางเบา ใช้งานได้จริง และสบายกระเป๋าตังค์
ทีมนักวิทยาศาสตร์นำโดย Yi Cui จากมหาวิทยาลัย Stanford ใช้ประโยชน์จากนวัตกรรมเส้นใย nanoPE หรือ วัสดุที่มีรูพรุนระดับนาโน พอลิเอทิลีน (Nanoporous Polyethylene) ซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน มันสามารถปล่อยรังสีผ่านเส้นใยได้โดยไม่เก็บความร้อนของรังสี ซึ่งล้ำหน้ากว่าชุดกีฬาราคาแพงที่ต้องรอให้เหงื่อคุณออกก่อน ถึงจะเย็นได้
ที่สำคัญเส้นใย nanoPE มีราคาถูกพอๆ กับผ้าคอตตอน และสามารถทอเป็นแผ่นฟิล์มบางๆ เพื่อเอาไปดัดแปลงเป็นเสื้อผ้าได้แบบไม่มีขีดจำกัด
สถานะล่าสุด
ขณะที่นี้ทีมวิจัยกำลังศึกษาผลกระทบของ nanoPE ที่กระทำต่อผิวหนังมนุษย์ระยะยาว หากไม่มีผลกระทบด้านลบให้น่ากังวลใจ เราอาจจะเห็นเสื้อทำความเย็นอย่างอัจฉริยะในเร็วๆนี้
ดาวเทียมชี้พิกัดความยากจน
ผลงานของมหาวิทยาลัย Stanford
ปีที่แล้ว UN ตั้งเป้าไว้ว่าจะแก้ปัญหาประเทศยากจนสาหัสให้ทุเลาลงภายในปี 2030 แต่การจะทำเช่นนั้นได้ เราต้องรู้ก่อนว่าตรงไหนจนเป็นพิเศษ ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จู่ๆ จะเข้าไปสำรวจในพื้นที่ห่างไกล มันใช้ทรัพยากรและเวลาค่อนข้างสูง อีกทั้งยังแฝงไปด้วยอันตรายอยู่ไม่น้อย
ดังนั้นอาจต้องยกหน้าที่สำคัญนี้ให้ดาวเทียม (Satellite) ที่ติดตั้งระบบซอฟต์แวร์ในการคาดการณ์ความยากจนในแต่ละพื้นที่ ผลงานของ Marshall Burke จากมหาวิทยาลัย Stanford ที่ฝึกฝนให้ซอฟต์แวร์เรียนรู้ด้วยตัวเองจากสภาพภูมิประเทศทั้งกลางวันและกลางคืน โดยที่ผ่านมา ดาวเทียมเรียนรู้พื้นที่ประเทศในแอฟริกา 5 ประเทศ จากโครงสร้างพื้นฐานอย่าง ถนนหนทาง ขนาดชุมชนเมือง และพื้นที่ทำเกษตรกรรม
เมื่อดาวเทียมเรียนรู้ได้สมบูรณ์ มันจะสามารถบอกได้ว่าพื้นที่ไหนน่าเป็นห่วงจากปัญหาความยากจนเป็นพิเศษ ข้อมูลดังกล่าวเปิดเผยต่อสาธารณะ เพื่อให้รัฐบาลและองค์กรเอกชนสามารถนำไปวางแผนช่วยเหลือระยะยาวได้ และก่อให้เกิดนโยบายใหม่ๆ เพื่อแก้ปัญหาความยากจน
สถานะล่าสุด
ทีมวิจัยกำลังวางแผนทำงานร่วมกับธนาคารโลก ในการชี้พิกัดความยากจนในประเทศโซมาเลีย และกำลังขยายผลไปทั่วทวีปแอฟริกา
แบตเตอรี่ที่หายใจเพื่อกำจัด ‘คาร์บอน’ แทนคุณ
ผลงานของมหาวิทยาลัย Cornell
หากจะหยุดภาวะโลกร้อนให้หวังผล การจะขอความร่วมมือให้หยุดปล่อยแก๊สเรือนกระจกคงเป็นเรื่องยาก เพราะยังไงเราก็ต้องการพลังงานไฟฟ้าในการผลักดันความก้าวหน้าอยู่ดี มีกลยุทธ์ใดที่เราจะปาหินก้อนเดียวได้นก 2 ตัวไหม? ทั้งได้พลังงานไฟฟ้าและลดคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศในเวลาเดียวกัน
ผลงานของ Wajdi Al Sadat และ Lynden Archer จากมหาวิทยาลัย Cornell กำลังพัฒนาเซลล์ไฟฟ้าเคมีประเภทแบตเตอรี่ ที่สามารถดูดกลืนคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศมาเปลี่ยนเป็นพลังงานอย่างไม่สูญเปล่า
โดยตัวแบตเตอรี่มีส่วนประกอบของ เมทาลิค อลูมิเนียม (Metallic Aluminum) ซึ่งมีราคาถูก หาง่าย และดัดแปลงได้หลายรูปทรง จากนั้นผู้ผลิตจะฉีดส่วนผสมของออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ลงไปในแบตเตอรี่ให้เกิด 3 องค์ประกอบธาตุทางเคมีจนเกิดปฏิกิริยาไฟฟ้า
ทีมวิจัยตั้งเป้าว่าแบตเตอรี่ที่พวกเขาพัฒนาขนาด 1.4 โวลต์ จะสามารถดูดกลืนคาร์บอนไดออกไซด์ 1 กิโลกรัม
หรือหากเรานำอลูมิเนียมไปแปรรูปทำแบตเตอรี่ 1 กิโลกรัม มันสามารถดูดคาร์บอนไดออกไซด์ได้ 3.52 กิโลกรัม ก็สมน้ำสมเนื้อดี นวัตกรรมนี้จะนำไปต่อยอดเพื่อติดตั้งบนปล่องควันโรงงาน หรือท่อไอเสียรถยนต์
สถานะล่าสุด
ขณะนี้อยู่ในช่วงคำนวณความคุ้มทุนในการผลิตเชิงอุตสาหกรรม
ซูเปอร์โมเลกุล จากซูเปอร์อะตอม
ผลงานของมหาวิทยาลัย Columbia
แม้ตารางธาตุที่ติดบนฝาผนังห้องเรียนจะมีรายชื่อธาตุเยอะเป็นกุรุสจนจำไม่หวาดไม่ไหว แต่นักเคมีกลับบอกว่า “ไม่พอหรอก”
หากจะต้องสังเคราะห์ธาตุใหม่ๆ ที่มีคุณสมบัติเหนือธรรมดาอย่างเหลือร้าย คนเล่นแร่แปรธาตุต้องการความซับซ้อนมากกว่านั้น อย่างการผลิต ซูเปอร์คอนดักเตอร์ จากซิลิคอน แต่สามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ (Biodegradability) ดังนั้นพวกเขาจำเป็นต้องขวนขวายหาอะตอมที่โลกนี้ก็ยังไม่มี
Colin Nuckolls อาจารย์ภาควิชาเคมี มหาวิทยาลัย Columbia กำลังสร้าง ซูเปอร์อะตอม (Superatoms) หรือกลุ่มอะตอมที่มีธาตุเพียง 1 หน่วย ที่สามารถเอาไปใช้สร้างธาตุใหม่ๆ ที่มีคุณสมบัติไฟฟ้าหรือแม่เหล็ก ซึ่งค่อนข้างทำได้ยากจากสสารที่มีอยู่ตามธรรมชาติ
พวกเขาจึงสร้าง Designer Molecules จากซูเปอร์อะตอม เป็นโครงสร้างสังเคราะห์ที่เลียนแบบคุณสมบัติโมเลกุลตามธรรมชาติ และปรับแต่งได้ตามความต้องการ เหมือนกับนักเล่นแร่แปรธาตุมีของเล่นใหม่ๆ โดยการเพิ่มแถวหรือคาบบนตารางธาตุให้ปรับใช้ได้หลากหลายวัตถุประสงค์มากขึ้น
สถานะล่าสุด
ทีมวิจัยสามารถสร้างโมเลกุลใหม่ จากการจับคู่ซูเปอร์อะตอมของ โคบอลต์และเซเลเนียม และพวกเขาตั้งความหวังว่า ซูเปอร์อะตอมที่ชื่อ Aufbau จะสามารถนำไปใช้พัฒนาวงการวัสดุศาสตร์ อย่างเซ็นเซอร์ที่ยืดหยุ่นสูง เสื้อผ้าฉลาดๆ และแบตเตอรี่ประหยัดพลังงาน แต่ไม่ต้องห่วง ธาตุใหม่ๆ ไม่ทำให้วิชาเคมีคุณต้องปวดหัวไปมากกว่านี้หรอก
ยาหุ่นยนต์ที่ท่องไปในกระเพาะคุณ
ผลงานจากมหาวิทยาลัย MIT
ความก้าวหน้าทางการแพทย์ในยุคต่อไปทำให้การผ่าตัดไม่จำเป็นต้องรุกล้ำร่างกายอีกต่อไป ในอดีตการผ่าตัดกระเพาะอาหารที่มีบาดแผลเล็กนิดเดียว แพทย์ก็ยังมีทางเลือกไม่มากนัก จำต้องยอมลงมีดบนพุงนิ่มๆ ของคุณ แต่ความก้าวหน้าของนวัตกรรมหุ่นยนต์ขนาดจิ๋วที่คุณสามารถกลืนลงท้อง ปล่อยให้มันโลดแล่นในกระเพาะของคุณจากการควบคุมโดยแพทย์ภายนอก เพื่อนำตัวยาเฉพาะเจาะจงไปฉาบรักษาบาดแผล
หุ่นยนต์จิ๋วที่ว่ามีขนาดไม่เกิน 1 เซนติเมตร ผลงานการทดลองและออกแบบโดยทีมนักวิจัยของ Massachusetts Institute of Technology สร้างรุ่นต้นแบบจากไอเดียกระดาษพับแบบญี่ปุ่น โอริกามิ (Origami) หุ่นยนต์จะถูกพับเป็นชิ้นเล็กๆ บรรจุในแคปซูล (หรือไส้กรอกก็ยังได้) ให้ผู้ป่วยกลืนมันลงไปผ่านระบบทางเดินอาหาร เปลือกนอกจะค่อยๆ ละลายจากน้ำย่อยในกระเพาะอาหาร และหุ่นยนต์จะค่อยๆคลายตัวออก
จากนั้นแผ่นแม่เหล็กจะส่งสัญญาณถึงแพทย์ ให้พวกเขาสามารถควบคุมหุ่นยนต์ไปยังจุดที่ต้องการรักษา นำตัวยาไปสมานแผลโดยไม่ต้องผ่าตัดให้เสี่ยงและยุ่งยาก เมื่อเสร็จสิ้นภารกิจก็แค่อึออกมา
สถานะล่าสุด
หุ่นยนต์ต้องรอการทดสอบในมนุษย์และสัตว์ทดลองอีกไม่น้อย แต่จากไอเดียของนวัตกรรมถือว่ามีความล้ำหน้าสูง และสามารถปฏิวัติการรักษาทางการแพทย์ได้แบบพลิกฝ่ามือ
กระดาษวินิจฉัยโรคที่ถูกเหลือเชื่อ
ผลงานจากมหาวิทยาลัย Harvard
ในแอฟริกามีโรคที่น่าหนักใจไล่ตั้งแต่ไทฟอยด์ไปจนถึงอีโบลา ซึ่งล้วนมีสัญญาณเป็นอาการไข้ขึ้นสูง ถึงจะมีศูนย์บริการสาธารณสุขในชุมชน แต่การจะตรวจเลือดใครสักคนก็อาจจะต้องใช้เวลาเป็นสัปดาห์กว่าจะรู้ผล มีเครื่องไม้เครื่องมือที่ยุ่งยาก หมอก็ทำอะไรมากไม่ได้นอกจากจ่ายยาปฏิชีวนะไปงั้นๆ แบบสุ่มเดาอาการ
นักวิจัยจำต้องลงแรงในการออกแบบกระบวนการวินิจฉัยโรคที่สะดวก รู้ผลรวดเร็วแม่นยำ และมีราคาถูกจนมันสามารถอยู่ในกระเป๋าติดตัวทุกคนได้ โดยทั้งหมดต้องทำความเข้าใจง่าย อ่านวิธีใช้ไม่กี่บรรทัดแล้วทำตามได้เลย (คล้ายแผ่นทดสอบการตั้งครรภ์) มันจึงเป็นความท้าทายไม่น้อย สำหรับนวัตกรรมที่จะมาตอบโจทย์นี้
กระดาษแผ่นบางๆ ถูกพูดถึงมากที่สุด โดยไอเดียคือกระดาษเป็นแผ่นเล็กๆ ที่ฉาบด้วยฟิลเตอร์ตรวจจับและกั้นจุลินทรีย์ก่อโรคออกจากเม็ดเลือดแดง ปล่อยให้พลาสมาไหลผ่านไปยังกระดาษชั้นล่างสุด ซึ่งมีเอนไซม์ที่ทำปฏิกิริยากับจุลินทรีย์ก่อโรค และแสดงออกเป็นสีๆ สามารถอ่านค่าและสังเกตได้ง่ายๆ ว่าคุณกำลังป่วยเป็นโรคร้ายหรือเปล่า? โดยไม่ต้องมีความเชี่ยวชาญด้านการแพทย์
ศาสตราจารย์ George Whitesides จากมหาวิทยาลัย Harvard พัฒนากระดาษวินิจฉัยโรครุ่นแรก โดยใช้ประโยชน์จากกรดนิวคลีอิก (Nucleic acid) ให้สามารถตรวจกับโรคอีโบลา ไข้เหลือง ไข้เด็งกี แบบแม่นยำ ราคาถูก และรวดเร็ว
สถานะล่าสุด
ปัญหาการลงทุนยังเป็นเรื่องใหญ่ แม้นวัตกรรมจะตอบโจทย์แล้ว แต่บริษัทยาเอกชนยังมองไม่เห็นกำไรจากกระดาษตรวจโรคที่มีราคาไม่กี่ตังค์ ทุนวิจัยส่วนใหญ่มาจากภาครัฐและมูลนิธิ เราจึงต้องรอให้อุตสาหกรรมยาใจกล้าร่วมลงทุนและแก้ปัญหาโลกร่วมกัน แต่คงอีกไม่นานเกินรอ
ยาปฏิชีวนะต้าน Superbug แบบคิดใหม่ทำใหม่
ผลงานของ Icahn School of Medicine at Mount Sinai
หากให้จินตนาการถึงโลกที่ไม่มียาปฏิชีวนะเลย คงไม่มีใครนึกออก (และคุณก็คงไม่รอดมานั่งอ่านบทความนี้) แต่การใช้ยาอย่างแพร่หลายจนเกิดเหตุ ใช้แหลกในทุกโอกาส ทำให้เชื้อแบคทีเรียมีการดื้อยา Superbug จนยากจะรักษา และมักมีเรื่องยุ่งๆ ตามมาภายหลัง
จากรายงานของ CDC มีชาวอเมริกันเสียชีวิตราว 23,000 รายต่อปี จากการที่ยาปฏิชีวนะไม่สามารถรักษาได้ผล และมีการคาดคะเนไว้ว่าหากเราไม่มีการคิดใหม่ทำใหม่ต่อการพัฒนายาปฏิชีวนะ ภายในปี 2050 อาจมีผู้เสียชีวิตจากทั่วทุกมุมโลก 10 ล้านคนต่อปี (ใช่แล้ว! ต่อปี) มันคือหายนะดีๆนี่เอง
ล่าสุดทีมวิจัยพยายามปรับสารเคมีภายในตัวยาปฏิชีวนะ โดยเริ่มที่ยา ‘แมคโครไลด์’ (Macrolide) จัดเป็นยาปฏิชีวนะที่ใช้แพร่หลายอีกกลุ่มหนึ่ง สามารถยับยั้งเชื้อแบคทีเรียโดยการก่อกวนที่สารพันธุกรรม หรือที่เรียกว่า อาร์เอ็นเอ (RNA)
พวกเขาแยกโครงสร้างของแมคโครไลด์ ออกเป็น 8 ส่วน แล้วต่อมันกลับไปใหม่เป็นโครงสร้างต่างๆ คล้ายตัวต่อเลโก้ จนพวกเขาได้แมคโครไลด์รูปแบบใหม่ๆ กว่า 300 ส่วนประกอบ ที่ต่อต้านจุลินทรีย์ก่อโรคในแบคทีเรีย 14 ชนิด โดยต้อนพวกมันซะจนมุม
สถานะล่าสุด
ทีมงานได้ส่วนประกอบของยาใหม่ๆ กว่า 500 ส่วนประกอบ และบริษัทยาเริ่มเอาแมคโครไลด์จากการคิดใหม่ทำใหม่ไปอยู่ในไลน์ผลิต พวกเขากำลังพยายามจะทำมันในยาลินโคซาไมด์ (Lincosamides) และ อะมิโนไกลโคไซด์ (Aminoglycoside) อีกด้วย
หมายความว่า มนุษยชาติยังพอมีอาวุธในมือไว้ต่อสู้กับโรคระบาดอหังการอยู่พอสมควร ไม่สิ้นหวังเสียทีเดียว
