หลายต่อหลายครั้งที่โลกเราคิดค้นคิดสร้างอะไรสักอย่าง ทว่าสิ่งที่ค้นพบให้อะไรมากกว่าสิ่งที่มุ่งตามหาแต่แรก เช่นเดียวกับงานวิจัยสร้างกล้องถ่ายใต้น้ำที่ตอนนี้กลายเป็นการค้นพบโอกาสในการสร้างเซ็นเซอร์ระบุพิกัดใต้น้ำ

เมื่อ 2-3 ปีก่อน นักวิจัยจากสหรัฐอเมริกาและออสเตรเลียร่วมกันพัฒนากล้องถ่ายใต้น้ำ แต่แม้จะเรียกว่ากล้องแต่มันไม่ได้ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อการถ่ายภาพ เพราะนั่นคือสิ่งที่ผลิตภัณฑ์หลากรุ่นหลายยี่ห้อที่มีวางจำหน่ายทั่วไปทำได้กันอยู่แล้ว หากแต่กล้องนี้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อถ่ายโพลาไรเซชันของแสง ซึ่งการทำงานของมันถือเป็นการถอดแบบประสาทการมองเห็นภาพของกั้ง

กล้องของทีมวิจัยสามารถถ่ายภาพโพลาไรเซชันของแสงเพื่อนำมาใช้วิเคราะห์ได้แม้จากความลึก 50 เมตรใต้ผิวน้ำ แต่ในระหว่างการเก็บข้อมูลบริเวณแนวปะการัง Great Barrier Reef ประเทศออสเตรเลียนี่เอง ที่ทีมวิจัยเริ่มสังเกตพบว่า รูปแบบโพลาไรเซชันของแสงที่ปรากฏอยู่เป็นเบื้องหลังของภาพที่ถ่ายมาได้ มีรูปแบบเฉพาะที่เปลี่ยนแปลงไปตามช่วงเวลาของวันและทิศทางการถ่ายภาพ

ภาพการเตรียมกล้องเพื่อถ่ายโพลาไรเซชันของแสง ในระหว่างการเก็บข้อมูลงานวิจัย

จากข้อสังเกตที่ว่ามา นำมาสู่ข้อสรุปได้ว่าโพลาไรเซชันของแสงที่ส่องผ่านสู่โลกใต้ผิวน้ำ มีลักษณะเฉพาะตัวแตกต่างกันไปตามแต่ละสถานที่ด้วย เพราะตำแหน่งของแหล่งกำเนิดแสงซึ่งก็คือดวงอาทิตย์บนท้องฟ้านั้น ดูแตกต่างออกไปเมื่อมองจากผิวน้ำในที่ต่างๆ ทั่วโลก การที่มุมตกกระทบของแสงสู่ผิวน้ำแตกต่างกัน ย่อมส่งผลให้การหักเหและการกระเจิงของแสงแตกต่างออกไป เช่นเดียวกับโพลาไรเซชันของมัน

นั่นหมายความว่า หากคอมพิวเตอร์สามารถวิเคราะห์รูปแบบโพลาไรเซชันของแสงที่กล้องถ่ายมา แล้วทำแยกแยะลักษณะเฉพาะของโพลาไรเซชันนั้นได้ ก็ย่อมระบุพิกัดได้ว่าโพลาไรเซชันที่กล้องถ่ายมาได้เหล่านั้นมาจากท้องน้ำจุดไหนบนโลก

เมื่อกล่าวถึงเซ็นเซอร์ระบุพิกัด ผู้คนจะนึกถึง GPS เป็นอย่างแรก แต่ข้อจำกัดสำคัญของระบบ GPS ที่สื่อสารด้วยคลื่นวิทยุก็ยังมีอยู่ ซึ่งหนึ่งในนั้นก็คือการใช้งานเพื่อระบุพิกัดใต้น้ำซึ่งสัญญาณคลื่นวิทยุไม่อาจใช้เพื่อการสื่อสารระหว่างเซ็นเซอร์กับดาวเทียมได้ การค้นหาวัตถุใต้น้ำโดยส่วนใหญ่จึงต้องอาศัยการจำกัดพื้นที่ในการหาแล้วใช้คลื่นเสียงเป็นเครื่องมือแทน ทว่าด้วยการวิเคราะห์รูปแบบโพลาไรเซชันของแสงที่เพิ่งถูกค้นพบนี้ อาจทำให้การพัฒนาเทคโนโลยีการติดตามวัตถุในอนาคตเปิดกว้างมากยิ่งขึ้น

ทีมวิจัยใช้เข็มทิศอิเล็กทรอนิกส์และเซ็นเซอร์วัดการเอียงเพิ่มเข้าไปให้กับกล้องถ่ายโพลาไรเซชันด้วย พวกเขาใช้ปัญญาประดิษฐ์ machine learning เรียนรู้รูปแบบของโพลาไรเซชันที่ถ่ายมาได้จากบริเวณใต้น้ำทะเลหลายแห่ง แล้วทำการทดสอบซึ่งพบว่าระบบพอจะระบุตำแหน่งท้องน้ำได้โดยมีรัศมีคลาดเคลื่อนราว 60 กิโลเมตร

กากบาทสีน้ำเงิน คือตำแหน่งจริงที่เก็บข้อมูล ส่วนกากบาทสีแดง (พร้อมวงแหวนล้อมรอบหลายชั้น) กับสี่เหลี่ยมสีเขียว (พร้อมวงแหวนล้อมรอบหลายชั้น) แทนตำแหน่งที่ระบบคอมพิวเตอร์ทำนายพิกัดโดยใช้โมเดลในการคำนวณและวิเคราะห์โพลาไรเซชัน 2 แบบแตกต่างกัน

แน่นอนว่านี่ยังห่างไกลกับคำว่า "ระบุพิกัดอย่างแม่นยำ" แต่หากเทียบกับพื้นที่มหาสมุทรที่ปกคลุมพื้นที่ผิวโลกหลายสิบล้านตารางกิโลเมตรแล้ว ก็ต้องถือว่าการใช้งานกล้องถ่ายโพลาไรเซชันและวิเคราะห์มันเพื่อระบุตำแหน่งนั้น "เป็นไปได้จริง" และมีโอกาสที่จะปรับปรุงให้มันมีความแม่นยำได้มากกว่านี้ ไม่ว่าจะโดยการพัฒนากล้องให้เก็บรายละเอียดโพลาไรเซชันได้มากและชัดเจนยิ่งขึ้น รวมทั้งการเทรนปัญญาประดิษฐ์ด้วยชุดข้อมูลที่มากขึ้นกว่าเดิม

จากจุดเริ่มต้นแรงบันดาลใจจากตาของกั้ง ก่อเกิดเป็นงานวิจัยกล้องถ่ายภาพโพลาไรเซชันของแสงใต้น้ำ และนำมาสู่การค้นพบประโยชน์การใช้งานใหม่จากองค์ความรู้ที่ค้นคว้ามาได้ แม้แต่นักชีววิทยาผู้เชี่ยวชาญเรื่องสัตว์ทะเลก็คงไม่คาดคิดมาก่อนว่าตาของกั้งจะสร้างประโยชน์ได้มากขนาดนี้

ที่มา - IEEE Spectrum, เอกสารงานวิจัย