นาโนเกษตร

“ประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรม” นับตั้งแต่มีการตั้งอาณาจักร ชนชาติไทยได้ดำรงตนอยู่ใน
ดินแดนแห่งเกษตรกรรมที่อุดมสมบูรณ์ แม้กระทั่งทุกวันนี้ก็ยังกล่าวได้ว่า แดนดินถิ่นไทยของเราก็ยัง
เป็นประเทศเกษตรกรรมอยู่ ในอดีตอาณาจักรใดก็ตามที่มีการทำไร่ ทำนา ทำสวน และเลี้ยงสัตว์ได้ดี
จะถือว่ามีความร่ำรวย และเป็นศูนย์กลางแห่งความเจริญ ด้วยเหตุนี้พื้นที่ลุ่มน้ำที่มีความเหมาะสมแก่
การเพาะปลูกจึงมักเป็นศูนย์รวมแห่งการปกครองในอดีต จนกระทั่งมีการประดิษฐ์คิดค้นเครื่องจักร
ไอน้ำอันนำมาสู่การปฏิวัติอุตสาหกรรมเมื่อประมาณ 200 ปีที่แล้ว ทฤษฎีเศรษฐศาสตร์จึงเปลี่ยนไป ความมั่งคั่งได้ย้ายฐานไปสู่ประเทศที่มีระบบอุตสาหกรรมและมีความก้าวหน้าด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แม้กระทั่งประเทศไทยเองซึ่งถือได้ว่ามีความมั่งคั่งในอดีตตั้งแต่ครั้งยังเป็นอาณาจักรสุโขทัยและศรีอยุธยาจนได้รับสมญานามว่า “สุวรรณภูมิ” ก็ยังถูกนิยามให้เป็นหนึ่งในประเทศยากจนที่สุดของโลกเมื่อ 50 ปีที่แล้วกลุ่มประเทศที่มีความร่ำรวยที่สุดของโลกซึ่งเรียกตัวเองว่า “G8” ล้วนเป็นประเทศที่มีความก้าวหน้าด้านอุตสาหกรรมทั้งสิ้น จนกลายเป็นคำกล่าวในเหล่าประเทศทุนนิยมว่า “ไม่มีประเทศใดร่ำรวยจากเกษตรกรรม”ซึ่งเข้าใจได้ไม่ยาก สินค้าเกษตรกรรมอย่างข้าวต้องใช้ถึง 2-3 เกวียนจึงจะสามารถนำไปแลกโทรศัพท์มือถือรุ่นดีๆได้ ทั้งที่การผลิตโทรศัพท์มือถือนั้นสามารถทำออกมาเป็นพันๆเครื่องในเวลาไม่กี่ชั่วโมงโดยแทบจะใช้เครื่องจักรเกือบทั้งหมด ……. แต่ …… ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า เกษตรกรรมจะกลับมาเป็นเรื่องของไฮเทคโนโลยีและสร้างความมั่งคั่งแก่ประเทศที่ครอบครองอีกครั้ง
ในช่วงไม่กี่ปีมานี้ได้เกิดศาสตร์น้องใหม่มาแรงที่เรียกว่า “เกษตรความแม่นยำสูง” (Precision Agriculture) ซึ่งได้นำเอาเทคโนโลยีหลายๆ ด้าน เช่น เทคโนโลยีสื่อสาร เทคโนโลยีสารสนเทศ เทคโนโลยีวัสดุ
เทคโนโลยีชีวภาพ เพื่อทำให้เกษตรกรรมเป็นงานที่มีความแม่นยำเช่นเดียวกับกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมในเมืองไทยเราก็เริ่มมีกลุ่มนักวิจัยรวมตัวกันทำงานในด้านนี้แล้วซึ่งนำโดยศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ หรือ NECTEC โดยนักวิชาการเมืองไทยเรียกศาสตร์นี้ว่า อะกรีทรอนิกส์ (Agritronics) ซึ่งรวมเพียงเทคโนโลยีสื่อสารและสารสนเทศเข้ามาใช้งานในทางเกษตร ในขณะที่ “เกษตรความแม่นยำสูง” จะบูรณาการเทคโนโลยีหลากหลายด้านกว่า รวมไปถึงนาโนเทคโนโลยีด้วย
เริ่มจากการทำไร่ที่มีการนำเซ็นเซอร์จิ๋วไร้สายมาใช้งานในการเก็บข้อมูลความชื้นในดิน อุณหภูมิ ปริมาณแสงซึ่งเซ็นเซอร์จิ๋วเหล่านี้สามารถนำไปวางให้ครอบคลุมพื้นที่ เซ็นเซอร์ไร้สายที่วงการอุตสาหกรรมเรียกกันว่า “ฝุ่นฉลาด” (Smart Dust) เหล่านี้สามารถคุยกันและส่งผ่านข้อมูลให้แก่กันและกันได้ หากเราสอบถามข้อมูลไปยังเซ็นเซอร์ที่อยู่ใกล้ที่สุดเพียงตัวเดียว ข้อมูลทั้งหมดของเซ็นเซอร์ทุกตัวก็จะสามารถถ่ายทอดมายังศูนย์บัญชาการของฟาร์มได้ทันที บริษัท Accenture แห่งประเทศสหรัฐอเมริกาได้สาธิตโดยการนำเอาเซ็นเซอร์จิ๋วไปโรยไว้ในไร่องุ่นสำหรับผลิตไวน์ที่ชื่อว่า Pickberry ในมลรัฐแคลิฟอร์เนีย ในแปลงสาธิตนั้นใช้เซ็นเซอร์ 17 ตัวครอบคลุมพื้นที่ซึ่งมีรูปร่างเหมือนหัวม้าจำนวน 10 ไร่ โดยสามารถคลิ๊กเพื่อเรียกดูข้อมูลได้จากเว็บ เบื้องต้นเครือข่ายเซ็นเซอร์ใช้เพื่อเก็บข้อมูลเรียลไทม์เท่านั้น แต่ต่อไปมันสามารถที่จะใช้ในการควบคุมการเปิดปิดวาล์วน้ำโดยอัตโนมัติ เพื่อให้น้ำแก่ต้นพืชในปริมาณที่เหมาะสม ซึ่งการควบคุมนี้ยังสามารถทำให้มีความสัมพันธ์กับข้อมูลพยากรณ์อากาศในท้องถิ่นด้วยก็ได้ เช่นหากทราบว่าจะมีฝนตกวาล์วน้ำจะปิด เครือข่ายเซ็นเซอร์เหล่านั้นยังอาจใช้เฝ้าระวังโรคพืช โดยตรวจจับโมเลกุลตัวบ่งชี้บางชนิดที่สื่อว่าพืชกำลังจะเป็นโรคก่อนที่จะลุกลามใหญ่โต
         เซ็นเซอร์จิ๋วสามารถนำไปใช้ในการปรับปรุงผลผลิตได้ ผู้เขียนมีความคิดในการนำเซ็นเซอร์จิ๋วนี้ไปวางในไร่ชา
แถบจังหวัดเชียงราย โดยจะเก็บข้อมูลความชื้นและอุณหภูมิของแปลงชาที่แตกต่างกัน เมื่อมีการเก็บชามาแล้วก็
จะนำชามาดมกลิ่นโดยจมูกอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Nose) เพื่อทำการจดจำและระบุกลิ่นชา ทั้งที่เป็นชาสด ชา
หมักและผ่านการชงน้ำร้อน ซึ่งจะเก็บข้อมูลแต่ละช่วงของปี แล้วทำการหาความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูลทางด้าน
สภาพอากาศกับคุณภาพกลิ่นรสของชาที่ผลิตได้ เช่นเดียวกับที่ไร่ Pickberry ที่กล่าวมาข้างต้นนั้น เจ้าของฟาร์ม
อยากได้องุ่นที่เมื่อเก็บเกี่ยวแล้วนำไปผลิตไวน์ที่มีรสชาติดี
เซ็นเซอร์จิ๋วเหล่านี้หากนำมาใช้กันอย่างกว้างขวาง มี
การเชื่อมโยงข้อมูลจากแต่ละฟาร์มมายังผู้ให้บริการ
น้ำอย่างกรมชลประทาน ก็จะช่วยให้การจัดการน้ำ
เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งระบบ GIS
(Geography Information Ssystem) จะช่วยให้ทราบว่า
กรมชลประทานมีน้ำพอเพียงตลอดฤดูผลิตหรือไม่
ในเรื่องของการใช้ยาปราบศัตรูพืชซึ่งเป็นหัวข้อที่
ถกเถียงกันไม่จบ จนนำมาสู่เกษตรทางเลือก เช่น
เกษตรอินทรีย์ที่จะไม่ใช้ยาฆ่าแมลง ต้องยอมรับว่า
เกษตรทางเลือกเหล่านั้นก็ยังไม่ประสบความสำเร็จใน
ระดับมหภาค ทั้งยังคงเป็นแค่แปลงทดลองที่ไม่สามารถสร้างผลผลิตให้เพียงพอในเชิงพาณิชย์ ดังนั้นการใช้ยา
ปราบศัตรูพืชก็จะยังคงมีต่อไป หากแต่ต้องทำให้ยาเหล่านั้นมีความฉลาดสักหน่อย บริษัท Syngenta ใน
สหรัฐอเมริกาได้ทดลองบรรจุฮอร์โมนเร่งการเจริญเติบโตในแค็ปซูลจิ๋ว (Microencapsulation) ซึ่งมีขนาด 200-
400 นาโนเมตร ซึ่งมีความทนทานต่อความร้อนและแรงกล เมื่อฉีดไปที่พืชก็จะค่อยๆสลายและปลดปล่อยสาร
ออกมา โดยไม่ต้องคำนึงถึงสภาพภูมิอากาศภายนอก จึงฉีดครั้งเดียวแล้วทำงานตลอดช่วงฤดูผลิต แค็ปซูลจิ๋วพวก
นี้ก็มีการนำมาบรรจุยาปราบศัตรูพืชเช่นกัน การออกแบบวัสดุที่ใช้ในการผลิตแค็ปซูลก็จะช่วยให้มันทำตามสั่ง
ได้ เช่น ออกแบบให้แค็ปซูลแตกตัวเมื่อกระทบกับใบของต้นพืชเท่านั้น ผลิตภัณฑ์ที่น่าทึ่งอีกชนิดคือ “ตัวกัด
กระเพาะแมลง” (Gutbuster) ซึ่งเป็นแค็ปซูลจิ๋วที่บรรจุโปรตีนสารพิษประเภทบีที (Bt หรือ Bacillus
thuringiensis) ซึ่งแค็ปซูลนี้จะแตกตัวเมื่อเจอกับสภาพด่างในกระเพาะแมลงปลดปล่อยสารพิษออกมาทำลาย
กระเพาะแมลงจนตาย โปรตีนสารพิษบีทีนี้จะจำเพาะเจาะจงกับแมลงบางชนิดเท่านั้น จึงไม่เป็นอันตรายต่อ
มนุษย์และปศุสัตว์ ระบบปราบศัตรูพืชนี้ยังอาจนำไปใช้งานร่วมกับเซ็นเซอร์จิ๋ว เพื่อใช้ปลดปล่อยยาปราบ
ศัตรูพืชด้วยก็ได้ ศาสตร์การทำแค็ปซูลจิ๋วจึงมีความกว้างขวางในการใช้งานมาก โดยขึ้นกับคุณสมบัติการควบคุม
การปลดปล่อยดังต่อไปนี้
• การปลดปล่อยช้า (Slow release) แค็ปซูลจะ
ค่อยๆ ปลดปล่อยสารหรือยาในระยะเวลาที่
ยาวนานพอ ทำให้มีการนำไปใช้โดยไม่เหลือทิ้ง
• การปลดปล่อยเร็ว (Quick release) แค็ปซูลแตก
ออกอย่างรวดเร็วเมื่อกระทบพื้นผิวจำเพาะ เช่น
เมื่อกระทบใบของวัชพืชเพื่อปลดปล่อยยาฆ่า
วัชพืช
• การปลดปล่อยจำเพาะ (Specific release) แค็ปซู
ลแตกออกเมื่ออยู่โมเลกุลตัวรับพบกับสารเคมี
เฉพาะ เช่นพบกับเซลล์เชื้อโรค เป็นต้น
• การปลดปล่อยด้วยความชื้น (Moisture release)
แค็ปซูลแตกออกเมื่อพบกับความชื้นหรือน้ำ เช่น การบรรจุสารอาหารให้แตกตัวออกในดิน แล้วสามารถ
ซึมซับเข้าสู่รากพืชโดยตรง
• การปลดปล่อยด้วยความร้อน (Heat release) แค็ปซูลแตกตัวออกเมื่อถึงอุณหภูมิหนึ่งเพื่อปลดปล่อย
สารทำงาน
• การปลดปล่อยด้วยสภาพกรด-ด่าง (pH release) แค็ปซูลปลดปล่อยสารออกมาเมื่อถึงระดับกรด-ด่างที่
เหมาะสม เช่น แค็ปซูลจิ๋วที่บรรจุโปรตีนสารพิษประเภทบีทีแตกตัวออกในกระเพาะแมลง
นอกจากนั้นยังมีวิธีการปลดปล่อยอื่นๆอีก แต่มักใช้ในทางการแพทย์มากกว่าในการเกษตร เช่น การปลดปล่อย
ด้วยเสียงอุลตราซาวด์ การปลดปล่อยโดยการกระตุ้นด้วยสนามแม่เหล็ก เป็นต้น กลุ่มวิจัยในเมืองไทยที่ทำงาน
วิจัยเรื่องนี้ก็มีที่ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ
ในเรื่องของปศุสัตว์นั้นสามารถนำเซ็นเซอร์ตรวจโรคมาใช้ตรวจสอบสถานะด้านสุขภาพของฟาร์ม เทคโนโลยี
ใหม่ๆทำให้การตรวจสอบสามารถทำได้ ณ ตำแหน่งใช้งาน แทนที่จะต้องนำไปทำที่ห้องปฏิบัติการ ตอนนี้เรามี
เซ็นเซอร์หลายแบบ เช่น
• Surface Plasmon Resonance (SPR) Biosensor ซึ่งตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงสมบัติการสะท้อนแสง
เมื่อมีโมเลกุลเชื้อโรคมาจับกับโมเลกุลตัวรับ ดังนั้นเราสามารถออกแบบให้ตรวจโรคใดโรคหนึ่งด้วย
การใช้โมเลกุลตัวรับที่เหมาะสม กลุ่มวิจัยในเมืองไทยที่ทำงานวิจัยเรื่องนี้ก็มีที่ศูนย์นาโนเทคโนโลยี
คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล
• Cantilever Based Sensor เป็นการนำโมเลกุลตัวรับมาติดไว้บนแผ่นกระดกจิ๋ว เมื่อมีโมเลกุลเชื้อโรคมา
จับแผ่นกระดกเล็กๆ ก็จะหนักมากขึ้นและเอียงลง ซึ่งสามารถตรวจสอบได้ด้วยแสงเลเซอร์ กลุ่มวิจัยใน
เมืองไทยที่ทำงานวิจัยเรื่องนี้ก็คือ ห้องปฏิบัติการนาโนอิเล็กทรอนิกส์และเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค ของ
NECTEC
• Lab on a Chip หรือ เทคโนโลยีห้องปฏิบัติการจิ๋ว ซึ่งก็คือการย่อส่วนห้องปฏิบัติการทดลองจากห้อง
ขนาด 50 ตารางเมตรลงไปอยู่ในชิพที่ปัจจุบันมีขนาดประมาณเล็บของนิ้วโป้ง และมีทีท่าว่าต่อไปขนาด
ของมันจะเล็กลงไปได้อีก ขั้นตอนการทำงานของห้องปฏิบัติการบนชิพนี้ก็เลียนแบบการทำงานของ
ห้องปฏิบัติการจริงๆนั่นเอง ตัวอย่างเช่น เมื่อใส่ตัวอย่างเข้าไปที่ช่องที่เตรียมให้ ก็จะมีปั๊มจิ๋วดูดสาร
ตัวอย่างให้ไหลมาตามท่อจิ๋วเพื่อมาผสมกับสารเคมีที่เตรียมไว้ในชิพ เมื่อผสมกันแล้วก็จะผ่านท่อไปยัง
ส่วนแยก ที่ปลายของคอลัมน์แยกก็จะมีท่อของสารเคมีอีกชนิดหนึ่งเพื่อปลดปล่อยสารให้เข้ามาผสมกัน
แล้วเกิดเป็นสีให้ผู้ใช้สามารถดูว่าเป็นโรค
อะไร โดยอาจมีท่อแยกออกไปหลายทาง
เพื่อให้ผลในลักษณะต่างๆ กัน กลุ่มวิจัย
ในเมืองไทยที่ทำงานวิจัยเรื่องนี้ก็คือ
ห้องปฏิบัติการนาโนอิเล็กทรอนิกส์และ
เครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค ของ NECTEC
ประเทศไทยมีสัตว์เศรษฐกิจหลายชนิด เช่น ไก่ กุ้ง ซึ่งมักเกิดโรคระบาดเป็นประจำ ดังนั้นการมีระบบเฝ้าระวัง
โรคจึงเป็นเรื่องจำเป็น
นาโนเทคโนโลยียังสามารถไปเกี่ยวข้องกับขั้นตอนหลังการเก็บเกี่ยวอีกด้วย เช่น การบรรจุหีบห่อ การตรวจสอบ
เชื้อโรคในอาหาร เป็นต้น บริษัท Bayer ของเยอรมันได้ผลิตฟิล์มพลาสติกที่มีส่วนผสมของอนุภาคนาโนของดิน
(Polymer-Clay Nanocomposites) ซึ่งสามารถกันการซึมผ่านของโมเลกุลน้ำ อ็อกซิเจน ไม่ให้เข้าไปสัมผัสกับ
อาหารข้างใน โดยอนุภาคนาโนของดินนี้ได้ช่วยให้ฟิล์มพลาสติกเบาขึ้น ทนทานขึ้น และทนต่อความร้อนด้วย
ในเมืองไทยมีการวิจัยเรื่องนี้ที่สถาบันปิโตรเคมีแห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และที่ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและ
วัสดุแห่งชาติ (MTEC) ซึ่งจะมีประโยชน์ในการขนส่งผลไม้ และผลิตภัณฑ์เกษตรต่างๆ นอกจากนี้บรรจุภัณฑ์ยัง
สามารถทำให้ฉลาดมากขึ้นไปอีกด้วยการมีเซ็นเซอร์ตรวจสอบว่าอาหารจะบูดหรือไม่ เช่น บริษัท Kraft ผลิตป้าย
ที่เปลี่ยนสีได้เมื่ออาหารเริ่มบูดสำหรับใส่ไว้ในบรรจุภัณฑ์ บริษัทในเนเธอร์แลนด์ทำมากไปกว่านั้นอีก ด้วยการ
ให้มีการปลดปล่อยสารรักษาอาหาร หากมีตัวบ่งชี้ว่าอาหารเริ่มมีการปนเปื้อนเชื้อโรค บริษัทแห่งหนึ่งใน
นิวซีแลนด์ได้ผลิตป้ายเปลี่ยนสีที่สามารถบอกระดับความสุกของผลไม้ได้
บรรจุภัณฑ์ทางการเกษตรอาจทำให้ฉลาดมากขึ้นไปอีก โดยการเก็บข้อมูลเข้าไปใน RFID (Radio Frequency
Identification) ซึ่งเป็นแผ่นชิพเล็กๆ ที่สามารถติดฉลากเข้าไปกับหีบห่อ ซึ่งเราสามารถเก็บข้อมูลเกี่ยวกับสินค้า
เช่น วันที่เก็บเกี่ยว วันที่เริ่มขนส่ง แหล่งผลิต ซึ่งข้อมูลสามารถใส่เข้าและอ่านออกได้ตลอดระยะทางการขนส่ง
เมื่อไปถึงห้างสรรพสินค้า ผู้ซื้อสามารถติดตามข้อมูลไปจนถึงแหล่งกำเนิดได้ ซึ่งขณะนี้สหภาพยุโรปได้เริ่มออก
ข้อกำหนดให้อาหารบางชนิดมีการเก็บข้อมูลเข้า RFID แล้ว
นาโนเทคโนโลยีกำลังจะเข้ามามีผลกระทบกับประเทศเกษตรกรรม
อย่างเรา และคงหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่เราต้องครอบครองเทคโนโลยีนี้
เพราะกับแค่วัตถุดิบที่เราเป็นเจ้าของอยู่คงไม่เพียงพอที่จะทำให้เรา
เป็น “ครัวโลก” ได้