“มอนติคาร์โล” งานวิจัยเพื่อต่อยอดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
ใครจะรู้บ้างว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่าง ฮาร์ดดิสก์ แรม ตัวเก็บประจุ หม้อแปลงไฟฟ้า ที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบันที่มีราคาถูกลง พร้อมๆ ไปกับการพัฒนาคุณสมบัติเพื่อตอบสนองต้องการของผู้ใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพนั้น ส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากผลงาน “นักวิจัยไทย” ที่พยายามพัฒนาปรับปรุงด้วย “การจำลอง สถานการณ์มอนติคาร์โล” เพื่อเป็นแนวทางใหม่ให้อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์นำไปสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดังกล่าวข้างต้น
การวิจัย “การจำลองสถานการณ์มอนติคาร์โลเพื่อศึกษาสมบัติทางฟิสิกส์ของวัสดุ” เป็นผลงานของ รศ.ดร.ยงยุทธ เหล่าศิริถาวร ภาควิชาฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ที่สามารถคว้ารางวัลนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ ประจำปี 2554 ซึ่งจัดขึ้นโดยมูลนิธิส่งเสริมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ในพระบรมราชูปถัมภ์ ถือเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่มีผลงานวิจัยในสาขาวิทยาศาสตร์พื้นฐานเป็นที่ยอมรับในนานาชาติ
ผลงานวิจัยดังกล่าวเป็นการสร้างองค์ความรู้พื้นฐานซึ่งเมื่อใช้ร่วมกับการศึกษาคำนวณโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ จะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งในการเตรียมสารเพื่อใช้ในทางอุตสาหกรรม ทั้งนี้ การจำลองสถานการณ์มอนติคาร์โลมีรากฐานแนวความคิดมาจากการใช้เทคนิคทางความน่าจะเป็น เพื่อหาโอกาสความเป็นไปได้มากที่สุดของเหตุการณ์ใดเหตุการณ์หนึ่ง โดยแท้จริงแล้วชื่อมอนติคาร์โล เป็นชื่อบริเวณหนึ่งในนครรัฐโมนาโคที่มีชื่อเสียงในด้านการพนัน
“การที่ใช้ชื่อมอนติคาร์โลนี้ สืบเนื่องจากการพยายามพัฒนาโครงการอาวุธนิวเคลียร์ในช่วงสงครามเย็น ที่ต้องใช้องค์ความรู้เกี่ยวกับกลศาสตร์เชิงสถิติและความน่าจะเป็นในการศึกษา ชื่อมอนติคาร์โลจึงถูกนำมาใช้เป็นรหัสลับในการสื่อถึงโครงการ ต่อมาภายหลังการศึกษาวิจัยใดๆ ก็ตามที่เกี่ยวกับการใช้ความน่าจะเป็นและการใช้ตัวเลขสุ่ม เพื่อดึงเหตุการณ์สำคัญออกมาจากฟังก์ชันความน่าจะเป็น จึงเรียกว่าวิธีการมอนติคาร์โล หรือการจำลองสถานการณ์มอนติคาร์โล”
รศ.ดร.ยงยุทธ กล่าวว่า การศึกษาวิจัยนี้เป็นการศึกษาและทำนายสมบัติในทางฟิสิกส์ของวัสดุ โดยอาศัยสมการพลังงานหรือฮามิลโทเนียน ที่สามารถเชื่อมโยงนำไปสู่คำนวณหาสมบัติทางกายภาพของระบบ ผ่านรูปแบบจัดเรียงตัวของประชากรซึ่งอาจเป็นอนุภาคหรือสิ่งที่สนใจใดๆก็ไดในระบบในรูปแบบต่างๆ
ทั้งนี้ การจำลองสถานการณ์มอนติคาร์โล เป็นการจำลองปัญหาด้วยการคำนวณทางคอมพิวเตอร์ โดยจะพิจารณาปัญหาที่ต้องการศึกษาในรูปแบบความน่าจะเป็น ที่ขึ้นกับสภาวะต่างๆของระบบ จากนั้นจะใช้ตัวเลขสุ่มเพื่อดึงคำตอบที่สำคัญ หรือเหตุการณ์ที่มักจะปรากฏบ่อยครั้งออกมาจากความน่าจะเป็นเหล่านั้น ซึ่งอาจเป็นค่าเฉลี่ยหรือค่าสภาวะสมดุลของระบบ โดยผลที่ตามมาจะได้รูปแบบของเหตุการณ์ที่สอดคล้องกับรูปแบบของปัญหา เช่น สมบัติสภาพแม่เหล็กของสารแม่เหล็ก หรือสภาพไดอิเล็กทริกของสารที่มีสมบัติทางไฟฟ้า ณ ที่อุณหภูมิต่างๆ เป็นต้น
จุดประสงค์ของการศึกษาวิจัยนี้ คือ การสร้างฐานข้อมูลพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์โดยเน้นไปที่สมบัติแม่เหล็กและไฟฟ้า เพื่อนำไปประยุกต์ใช้ในการออกแบบสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เช่น ฮาร์ดดิสก์ แรม ตัวเก็บประจุ หม้อแปลงไฟฟ้า ที่มีสมบัติตามที่ต้องการ โดยมีประสิทธิภาพสูงขึ้นแต่มีราคาที่ถูกลง
“สำหรับในประเทศไทย การจำลองสถานการณ์มอนติคาร์โล เริ่มมีการศึกษาอย่างแพร่หลาย แต่ส่วนใหญ่จะเน้นไปทางการแพทย์และเคมี เช่น การคำนวณหาโดสของสารกัมมัตภาพรังสี ที่เหมาะสมกับชิ้นเนื้อมะเร็งในร่างกาย หรือใช้เพื่อประกอบการคำนวณพลศาสตร์ของโมเลกุล เพื่อศึกษาเอนไซม์ ไวรัส โปรตีน หรือเพื่อประโยชน์ในการคิดค้นยารักษาโรค แต่การศึกษาเพื่อทำนายสมบัติทางกายภาพทางฟิสิกส์ของวัสดุยังมีค่อนข้างน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งการวิจัยที่มีการสรรค์สร้างประดิษฐ์โปรแกรมสำหรับการคำนวณนี้ขึ้นมาเอง”
รศ.ดร.ยงยุทธ กล่าวถึงแนวทางการพัฒนางานวิจัยเพื่อการต่อยอดนั้นว่า จากการนำเสนอผลการวิจัยในที่ประชุมวิชาการต่างๆ พบว่าได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก เนื่องจากจะสามารถนำมาใช้ช่วยในการทำนายสมบัติทางกายภาพของสารที่เตรียมได้ในการทดลองในขณะที่ช่วยประหยัดทรัพยากรที่ต้องใช้ในการเตรียมได้ ผลที่ตามมาคาดว่าจะก่อให้เกิดประโยชน์ต่อวงการวิชาการและวงการอุตสาหกรรม เนื่องจากจะให้ฐานข้อมูลองค์ความรู้พื้นฐานที่สมบูรณ์มากขึ้นเรื่อยๆ
สำหรับนักทดลองเพื่อการนำไปต่อยอดเพื่อประยุกต์ใช้จริง และคาดว่าจากแนวทางการพัฒนาต่อยอดดังกล่าวจะช่วยให้งานวิจัยของคนไทยเป็นที่ยอมรับในระดับสากลได้ในที่สุด