งานวิจัย 'ข้อต่อกาว' จากทฤษฎีเอกภาพ ผลงานวิทยานิพนธ์ มจธ. ได้รับการตีพิมพ์วารสารระดับสากล

หนึ่งในการวัดผลขีดความสามารถในการแข่งขันของประเทศ หรือแต่ละมหาวิทยาลัยก็คือ จำนวนชิ้นงานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการที่ได้รับการยอมรับในระดับสากล ซึ่งส่วนใหญ่งานที่ได้รับการตีพิมพ์จะเป็นผลงานวิจัยของอาจารย์ที่มีประสบการณ์และความเชี่ยวชาญในสาขานั้นๆ หรือเป็นผลงานของนักศึกษาหรือนักวิจัยตั้งแต่ระดับปริญญาเอกขึ้นไป

ดังนั้นการตีพิมพ์ผลงานวิจัยที่มาจากวิทยานิพนธ์ของนายธิติพล สุขายะ นักศึกษาปริญญาโท ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) ในวารสาร International Journal of Adhesion and Adhesives ฉบับเดือน มกราคม ปี 2565 จึงถือเป็นความสำเร็จอย่างสูงในเชิงวิชาการ เพราะวารสารดังกล่าวจัดอยู่ในกลุ่ม Q1 (วารสารวิชาการที่ดีที่สุดในสาขานั้นๆ) จากการจัดอันดับของ Scopus Index (ปกติผลงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวาสารกลุ่มของ Scopus ได้นำมาใช้เป็นเกณฑ์การจบการศึกษาในระดับปริญญาเอกในประเทศไทย)

ยิ่งไปกว่านั้น ผลงานของธิติพล ที่มีชื่อไทยว่า ทฤษฎีเอกภาพของข้อต่อกาวรูปทรงกระบอก ที่มีวัสดุเชื่อมต่อแตกต่างกัน ภายใต้ภาระทางกลสมมาตรรอบแกนที่หลากหลาย ยังเป็นงานวิจัยเชิงทฤษฎี ในกลุ่ม Unified Theory (ทฤษฎีเอกภาพ) ที่เป็นการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ทำนายปรากฎการณ์บนพื้นฐานทฤษฎีความยืดหยุ่นของวัสดุหลากหลายกรณีด้วยสมการเพียงชุดเดียว โดยที่เดิมต้องใช้แบบจำลองที่แตกต่างกันแยกคำนวณในแต่ละกรณี ซึ่งแนวคิดรูปแบบนี้ อัลเบิร์ต ไอสไตน์ นักวิทยาศาสตร์ผู้โด่งดังก็เคยเป็นผู้หนึ่งที่พยายามค้นคว้าและวางรากฐานทฤษฎีสนามเอกภาพของแรงพื้นฐานทางฟิสิกส์ทั้งหมดไว้ก่อนเสียชีวิต

รศ. ดร.สนติพีร์ เอมมณี อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล ในฐานะอาจารย์ที่ปรึกษาของนายธิติพล กล่าวว่า วิทยานิพนธ์นี้เป็นความพยายามสร้างสมการที่คำนวณหาแรงเค้น ที่เกิดขึ้นบนจุดต่างๆ บนรอยต่อของท่อทรงกระบอกกลวง 2 ชิ้นด้วยกาว ที่มีทั้งความแม่นยำ และรวดเร็ว

“งานนี้เป็น Mathematic Modelling หรือการคำนวณทางคณิตศาสตร์ ที่ต้องการทำนายปรากฏการณ์ที่น่าสนใจในข้อต่อกาว ให้ได้ผลใกล้เคียงกับความจริง โดยวิทยานิพนธ์นี้เป็นการรวมเอากฎธรรมชาติและทฤษฎีคำนวนแรงเค้นชนิดต่างๆ ที่เป็นผลจากแรงดึง แรงบิด แรงดันภายใน แรงดันภายนอก การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความชื้นที่เกิดขึ้นบนข้อต่อกาว ซึ่งโดยปกติต้องอธิบายด้วยทฤษฎีและสมการหลายอันแยกในแต่ละกรณี แต่ในงานวิจัยนี้ได้ดัดแปลงและพัฒนาองค์ความรู้ที่เกี่ยวข้องกับสิ่งเหล่านี้มารวมกัน ทำให้ตัวแปรทั้งหมดปรากฏอยู่ในทฤษฎีหรือสมการชุดเดียวกันได้ การที่วิทยานิพนธ์ชิ้นนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการชั้นนำเช่นนี้ ย่อมแสดงถึงคุณภาพทางวิชาการในระดับสากลของนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของมหาวิทยาลัย” รศ. ดร.สนติพีร์ อธิบาย

ธิติพล ในฐานะนักวิจัยกล่าวเสริมว่า จริงๆ แล้ว มีงานวิจัยเชิงทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับการรับแรงของจุดเชื่อมต่อด้วยกาวมากมาย แต่งานวิจัยที่ผ่านมามีข้อจำกัด คือ แต่ละทฤษฎีจะสามารถใช้กับวัสดุที่นำมาคำนวณได้ไม่กี่ชนิด หรือสามารถคำนวณพฤติกรรมของข้อต่อได้จำเพาะกรณี เช่น คำนวณได้เฉพาะแรงบิด หรือได้เฉพาะแรงดึงเพียงอย่างใดอย่างหนึ่ง แต่ทฤษฎีและสมการที่ตนเองและอาจารย์ช่วยกันสร้างขึ้นมานี้ สามารถใช้คำนวณชิ้นงานทรงกระบอกที่ใช้กาวในการเชื่อมต่อ ซึ่งอาจทำมาจากวัสดุหลายชนิด มีรูปร่างหลายขนาด และอยู่ภายใต้ภาระแรงหลายแบบได้ในเวลาที่รวดเร็ว ซึ่งการเชื่อมต่อด้วยกาวเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญของอุตสาหกรรมโครงสร้างน้ำหนักเบาที่ใช้งานอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ทั้งด้านยานยนต์ อากาศยาน การแพทย์ และการขนส่งของไหล เป็นต้น

ธิติพล เป็นนักศึกษาระดับปริญญาโท ที่ได้รับทุนเพชรพระจอมเกล้า มจธ. กล่าวต่อว่า ความยากของวิทยานิพนธ์ชิ้นนี้ คือ การต้องศึกษาทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับการหาแรงเค้นต่างๆ ที่ใช้กับชิ้นงานทรงกระบอกให้เข้าใจ และต้องเลือกทฤษฎีที่จะนำมาใช้ในการสร้างสมการใหม่ให้ถูกต้อง โดยเอาสมการจากทฤษฎีต่างๆ มาหาจุดร่วม (Common Source) และต้องทำให้ตัวแปรจากสมการต่างๆ นั้นมาอยู่ในรูปแบบที่ถูกต้องและเป็นไปได้ในการคำนวณ รวมถึงผลลัพธ์ที่ได้ก็ต้องมีการนำไปเปรียบเทียบกับค่าที่ได้จากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์อื่นๆ และแบบจำลองจากระเบียบวิธี Finite element ที่น่าเชื่อถือทำไห้ใช้เวลากับวิทยานิพนธ์เรื่องนี้ถึง 2 ปีเต็ม ซึ่งการได้รับทุนเพชรพระจอมเกล้านั้น ทำให้ตนเองสามารถทุ่มเทกับการทำวิจัยเรื่องนี้ได้อย่างเต็มที่ 

รศ. ดร.สนติพีร์ เอมมณี กล่าวทิ้งท้ายว่า ผลที่ได้จากงานวิจัยเชิงทฤษฎีชิ้นนี้ ตนเองและนักวิจัยท่านอื่นของภาควิชาได้มองถึงการต่อยอดไปสู่งานวิจัยเชิงประยุกต์ในประเด็นอื่นๆที่เกี่ยวข้อง ทั้งที่เป็นเรื่องในทางกลศาสตร์ที่เกี่ยวกับชิ้นส่วนต่อกาวในรูปแบบอื่น และงานวิจัยเชิงเคมีที่เกี่ยวกับกาวที่ใช้  

“ตอนนี้มีนักศึกษาปริญญาโทอีกหนึ่งคนกำลังทำวิจัยเรื่องการลดแรงเค้นของกาวในชิ้นส่วนทรงกระบอกด้วยวัสดุประเภทเสริมแรงด้วยเส้นใยที่วางตัวแนวโค้ง ซึ่งเป็นงานวิจัยที่ก้าวหน้ามากในระดับสากล รวมถึงงานวิจัยด้านนี้ในเรื่องอื่นๆ ที่กำลังจะตามมา ซึ่งองค์ความรู้เหล่านี้จะทำให้ Unified Theory หรือทฤษฎีเอกภาพของเรามีประโยชน์และสามารถประยุกต์กับ ‘ของจริง’ มากขึ้น จนเป็นที่ยอมรับ และนำไปสู่การใช้งานในภาคอุตสาหกรรม เพื่อใช้ในการสร้างข้อต่อท่อที่เบาขึ้น รับแรงได้สูงขึ้น ทนทานขึ้น อาจทำจากวัสดุชนิดใหม่ หรือในรูปทรงใหม่ๆ รวมไปถึงการสร้าง “มาตรฐานใหม่เพื่อใช้การทดสอบคุณสมบัติของกาวที่ใช้กับข้อต่อ ให้ได้แรงเค้นในกาวเท่ากันหมดตลอดความยาว” ซึ่งก่อนหน้านี้เป็นสิ่งที่ควบคุมให้เกิดได้ยากมากเพราะการขาดความเข้าใจปรากฎการณ์อย่างถ่องแท้ สิ่งเหล่านี้อาจจะเป็นการปฏิวัติการใช้งานข้อต่อกาวของโลกในอนาคตได้” รศ. ดร.สนติพีร์ กล่าวสรุป

สำหรับผู้ที่สนใจสามารถศึกษางานวิจัยประเด็นดังกล่าวเพิ่มเติมได้ที่: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0143749621001895