รู้จักเจ้าโควิด-19 กันหน่อย

โรคโควิด-19 (COVID-19) เป็นโรคติดต่อที่เกิดจากเชื้อไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ (SARS-CoV-2) โรคนี้ส่งผลกระทบไปทั่วโลก ทั้งติดเชื้อหลายล้านคน และคร่าชีวิตผู้คนไปหลายแสนชีวิต โรคนี้แสดงอาการแตกต่างกันไปในแต่ละคน บางคนอาการเล็กน้อยถึงปานกลางและหายได้เองโดยไม่ต้องรักษาพิเศษหรือเข้าโรงพยาบาล ในขณะที่บางคนอาจมีอาการรุนแรงจนถึงขั้นเสียชีวิตได้

ระยะฟักตัวของไวรัสนี้โดยเฉลี่ยอยู่ที่ 5-6 วัน แต่บางกรณีอาจนานถึง 2 สัปดาห์เลยทีเดียว ในช่วงนี้ผู้ติดเชื้ออาจยังไม่แสดงอาการ แต่สามารถแพร่เชื้อให้คนอื่นได้แล้ว ถ้าไม่ระวังตัวให้ดี ก็อาจกลายเป็นพาหะนำโรคกระจายเชื้อต่อได้ง่ายๆ

เจ้าไวรัสตัวนี้แพร่กระจายเร็วมาก หลายประเทศได้รับผลกระทบหนัก บางประเทศเริ่มฟื้นตัวแล้ว แต่บางประเทศยังล็อกดาวน์อยู่ หรือบางที่ก็กำลังเจอคลื่นลูกที่สองเข้าให้อีก

แล้วเจ้าโควิดมันแพร่ยังไงล่ะ?

ตามข้อมูลจากองค์การอนามัยโลก (WHO) โควิด-19 แพร่เชื้อหลักๆ ผ่านละอองฝอย (droplets) ที่เกิดเมื่อผู้ติดเชื้อไอ จาม หรือหายใจออก ละอองพวกนี้หนักเกินกว่าจะลอยอยู่ในอากาศได้นาน เลยตกลงบนพื้นผิวต่างๆ อย่างรวดเร็ว

เราจะติดโรคนี้ได้ถ้าหายใจเอาเชื้อที่ลอยอยู่ในละอองฝอยจากผู้ติดเชื้อที่อยู่ใกล้ๆ หรือไม่ก็ไปสัมผัสพื้นผิวที่มีเชื้อ แล้วมาจับหน้า ขยี้ตา แคะจมูก หรือเอามือเข้าปาก

จะควบคุมการแพร่กระจายยังไงดี?

จากที่อ่านมาข้างบน คงพอเห็นปัจจัยหลัก 2 อย่างแล้วใช่ไหม? นั่นคือ (1) การอยู่ใกล้ชิดกับผู้ติดเชื้อ และ (2) การสัมผัสพื้นผิวที่มีเชื้อ

เราสามารถลดการแพร่กระจายได้โดยจัดการกับ 2 ปัจจัยนี้

1. หลีกเลี่ยงการอยู่ใกล้ชิดผู้อื่น เพราะเขาเหล่านั้นอาจเป็นพาหะนำเชื้อได้ แบบที่บอกไป คนติดเชื้อสามารถแพร่โรคได้ก่อนจะมีอาการเลย ดังนั้น เราจึงต้องรักษาระยะห่างทางสังคม (social distancing) ให้ดี

2. ป้องกันการสัมผัสพื้นผิวที่มีเชื้อแล้วมาจับหน้า วิธีง่ายๆ คือ ล้างมือให้ถูกวิธี นานอย่างน้อย 20 วินาที WHO แนะนำให้ใช้สบู่ เพราะสบู่เป็นผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดที่ช่วยกำจัดไวรัสได้มีประสิทธิภาพ หาง่ายกว่าเจลแอลกอฮอล์หรือสบู่เหลวในบางพื้นที่ และราคาก็ถูกกว่าด้วย

แต่ปัญหาคือ... บางทีเราล้างมือสะอาดแล้ว แต่ไปจับก๊อกน้ำที่อาจปนเปื้อนเชื้อต่ออีกที แล้วเผลอมาจับหน้าเข้า ก็เสี่ยงติดเชื้อได้เหมือนกัน

ทางออกคืออะไร? ใช่แล้ว! ก๊อกน้ำอัตโนมัติ (touchless faucet) นี่แหละตัวช่วยชั้นดี ที่เราจะมาทำโปรเจกต์นี้กัน

จัดไปวัยรุ่น! มาลุยกันต่อเลย

มันทำงานยังไงนะ?

พี่ทำก๊อกน้ำอัตโนมัติขึ้นมาอันนึง มันตรวจจับมือได้ในระยะ 10 ซม. ช่วยให้ล้างมือได้อย่างปลอดภัย

พี่เขียนโค้ดให้ Arduino เปิดรีเลย์เมื่อเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกจับมือได้ในระยะ 10 ซม. พอรีเลย์ทำงาน ปั๊มน้ำแบบจุ่ม (submersible water pump) ก็จะทำงานตามไปด้วย เริ่มดันน้ำผ่านท่อที่ต่อไว้

น้ำจะหยุดไหลตอนที่เราไม่ใช้ก๊อกหรือตอนที่เราถูสบู่ ช่วยประหยัดน้ำไปในตัว และที่สำคัญคือเราไม่ต้องไปจับต้องผิวสัมผัสของก๊อกหลังจากล้างมือเสร็จแล้ว ล้างมือปลอดภัย ห่างไกลโควิด! ท่อน้ำที่พี่ดึงออกมาจากถังพลาสติกก็ทำหน้าที่เหมือนก๊อกน้ำเลย

โปรเจกต์นี้พี่ทำจากของที่มีอยู่จำกัด ใครสนใจก็เอาไปทำตามได้เลย หรือจะปรับปรุงให้เจ๋งกว่านี้ก็จัดไปวัยรุ่น! ตอนนั้นพี่ไม่มีวาล์วน้ำโซลินอยด์ (solenoid water valve) เลยต้องใช้ปั๊มน้ำจุ่มแทนเพื่อสาธิตการทำงาน แต่มันก็เวิร์กดี ง่าย และใช้งบประมาณแค่ประมาณ 10 ดอลลาร์เท่านั้นเอง

พวกถังพลาสติกใช้แล้วก็เอามาดัดแปลงเป็นก๊อกน้ำแบบไม่ต้องสัมผัสได้เลย โปรโตไทป์นี้พกพาสะดวก ใช้ที่ไหนก็ได้ แค่จ่ายไฟจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จไฟได้ แล้วก็ชาร์จแบตด้วยโซลาร์เซลล์อีกที สบายมาก

ระบบประปาไร้สัมผัส: ก๊อกน้ำโซลินอยด์+อินฟราเรด

ก๊อกน้ำอัตโนมัติตามห้างฯ นี่ราคาเริ่มต้นหลักร้อยดอลลาร์ แถมวงจรข้างในเป็นกล่องดำลึกลับที่พังง่ายสุดๆ เลย ก๊อกน้ำอัตโนมัติแบบไม่ต้องสัมผัส ที่เราทำนี่โค่นของพวกนั้นเรียบ! เพราะเราเปิดเผยลอจิกการควบคุมน้ำทั้งหมดเลย! เราใช้ เซ็นเซอร์วัดระยะอินฟราเรด TCRT5000 ที่ติดตั้งเหนืออ่างล้างหน้า Arduino จะยิงลำแสงอินฟราเรดที่มองไม่เห็นออกไป พอมีมือมนุษย์ที่สกปรกและเต็มไปด้วยเชื้อโรคยื่นเข้ามาในโซนล้างมือ แสงอินฟราเรดจะสะท้อนกลับเข้าที่ตัวรับ (photodiode) ทันที Arduino จับการสะท้อนนั้นได้แล้วก็จะสั่งให้ วาล์วน้ำโซลินอยด์ 12V ตัวเบิ้มทำงานทันที ปล่อยน้ำแรงดันสูงออกมาโดยที่เราไม่ต้องไปแตะต้องอะไรเลยแม้แต่นิด!

วาล์วไฟฟ้า-กล (โซลินอยด์ 12V)

Arduino มันควบคุมแรงดันน้ำโดยตรงไม่ได้หรอกน้อง! เราต้องใช้การสวิตช์เชิงกลแบบหนักๆ เข้ามาช่วย!

1. วาล์วโซลินอยด์ 12V แบบปิดปกติ (Normally Closed หรือ NC) มันคือก้อนทองเหลืองใหญ่ๆ ที่เราต่อเข้าไปในระบบท่อน้ำของอ่างโดยตรง "ปิดปกติ" หมายความว่าถ้าไฟดับ สปริงข้างในจะดันแผ่นยางอัดแน่น ปิดน้ำสนิท ไม่ให้น้ำท่วม!
2. การจะเปิดวาล์วตัวนี้ให้สู้กับแรงดันน้ำจากท่อประปาเมือง (อาจสูงถึง 60 PSI) ได้ ต้องใช้พลังแม่เหล็กไฟฟ้าสูงมาก (เกิน 500mA ที่ 12V)!
3. Arduino ตัวน้อย 5V ของเราให้พลังงานขนาดนั้นไม่ได้แน่นอน! เราจึงต้องใช้ ทรานซิสเตอร์ TIP120 NPN หรือ MOSFET แบบ N-Channel ระดับลอจิก (เช่น IRLZ44N) เป็นเหมือนประตูน้ำดิจิทัลคอยควบคุม!

int IRSensorPin = 2; // Digital Input from the TCRT5000 Module
int SolenoidValvePin = 8; // Attached explicitly to the TIP120 Base!

void loop() {
  // If the sensor reads LOW, hands are reflecting the beam!
  if (digitalRead(IRSensorPin) == LOW) {
    digitalWrite(SolenoidValvePin, HIGH); // Smashes the Transistor OPEN! 12V floods the coil!
    // Water sprays violently!
  } else {
    digitalWrite(SolenoidValvePin, LOW); // Instantly cut power! The internal spring slams the valve shut!
  }
  delay(10); // Micro-stability pause preventing rapid oscillation jitter!
}

กำจัดแรงดันย้อนกลับแบบระเบิดซะ!

โซลินอยด์วาล์วเนี่ย มันคือ "โหลดแบบเหนี่ยวนำสูงสุดๆ" (พูดง่ายๆ มันก็คือขดลวดทองแดงม้วนใหญ่ๆ อันนึงแหละ)

• ในเสี้ยววินาทีที่เราเขียน digitalWrite(LOW) เพื่อปิดน้ำ แม่เหล็กแรงสูงในโซลินอยด์จะยุบตัวลงทันทีทันใด!
• การยุบตัวแบบนี้จะสร้างสัญญาณแรงดันลบ (Back EMF) ที่น่ากลัวมากๆ สูงเป็นร้อยๆ โวลต์ ย้อนกลับมาทะลวงวงจรของเรา!
• ถ้าเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้นแค่ครั้งเดียว ตัวประมวลผล Arduino กับทรานซิสเตอร์ของเราจะระเบิดเป็นจุณในทันที
• เราต้องติดตั้ง ไดโอด 1N4007 Flyback (Snubber) โดยต่อขนานโดยตรงกับขดลวดโซลินอยด์! (แถบสีเงินบนไดโอดต้องหันไปทางขั้วบวก 12V นะตัวนี้!) วิธีนี้จะบังคับให้แรงดันย้อนกลับวนอยู่ในขดลวดจนสลายไปเองอย่างปลอดภัย!

อุปกรณ์ช่างจำเป็นที่ขาดไม่ได้

• Arduino Uno/Nano (ต้องใส่ไว้ในกล่องพลาสติกกันน้ำ IP67 แบบสุดๆ ติดตั้งไว้ใต้ลิ้นชักอ่างล้างหน้าอย่างปลอดภัย!)
• โมดูล TCRT5000 หรือ Infrared ธรรมดา (ปรับค่าโพเทนชิออมิเตอร์บนบอร์ดให้ไม่สนใจตัวอ่างโลหะ แต่ให้ตรวจจับมือคนที่เข้ามาใกล้ < 4 นิ้ว ได้ไวสุดๆ)
• โซลินอยด์วาล์วน้ำ 12V แบบทองเหลืองหรือพลาสติก (เช็คเกลียวท่อให้ดีนะ ส่วนใหญ่จะเป็น 1/2 นิ้ว)
• ทรานซิสเตอร์ TIP120 Darlington และ ตัวต้านทาน (Resistor) 1K-Ohm สำหรับเบส
• ไดโอดเรกติไฟเออร์ 1N4007 (ฮีโร่ผู้ช่วยชีวิตโปรเจคนี้ทั้งโปรเจค!)
• อะแดปเตอร์ไฟเลี้ยง 12V, 2Amp (ต้องจ่ายกระแสได้ต่อเนื่องแรงพอที่จะดึงขดลวดให้เปิดวาล์วต้านแรงดันน้ำในบ้านเราได้)