ปืนฉีดน้ำพลังลมอัด ของลอนนี จอห์นสัน “Super Soaker” ไม่ใช่แค่ดังเพราะบังเอิญ

“Super Soaker” ไม่ใช่แค่ดังเพราะบังเอิญ

ปืนฉีดน้ำพลังลมอัด ของลอนนี จอห์นสัน พลิกตลาดความเปียกปอน

เมื่อเข้าสู่สภาวะสงกรานต์ อุปกรณ์ประจำกายที่ขาดไม่ได้ของนักรบพลังน้ำทั้งรุ่นเยาว์และรุ่นใหญ่ ก็ต้องเป็นปืนฉีดน้ำ คน Gen X ขึ้นไปคงจำได้ว่าสิ่งที่เทศกาลเล่นน้ำสมัยตนเองเด็กๆไม่มี นอกจากบรรยากาศแบบถนนข้าวสารแล้ว อีกอย่างก็คือปืนฉีดน้ำแรงดันสูงราคาไม่แพง ที่มีให้เลือกมากมายสมัยนี้นั่นเอง “ปืนฉีดน้ำแบบอัดแรง” จึงเป็นสิ่งประดิษฐ์อีกอย่างที่เกิดขึ้นมาไม่นานมากนัก แต่ได้เข้าสู่ทำเนียบของเล่นยอดนิยมตลอดกาลอีกชิ้นหนึ่งไปแล้ว

ผลิตภัณฑ์ในชื่อ Super Soaker กำเนิดขึ้นเมื่อ 32 ปีก่อน ถึงวันนี้ขายไปแล้วกว่า 250 ล้านกระบอก ครองตำแหน่ง “ปืน” ที่ขายดีที่สุดในประวัติศาสตร์ แซงหน้า อาก้า (AK-47) อาวุธปืนของสหภาพโซเวียต ที่ผลิตออกมาราว 175 ล้านกระบอก

แต่มิใช่ปืนที่เป็นอาวุธแต่อย่างใด

เพราะ Super Soaker คือแบรนด์ปืนฉีดน้ำแบบอัดแรง (pressurized water blaster) ที่ถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยลอนนี จอห์นสัน วิศวกรผิวดำแห่งนาซา เมื่อ 3 ทศวรรษที่แล้ว

(ขอเรียกรวมๆว่า ปืนฉีดน้ำแบบอัดแรง ซึ่งปัจจุบันมีทั้งรุ่นที่ใช้พลังลมอัด และรุ่นที่ใช้การอัดน้ำโดยตรงไม่ผ่านลม และปืนฉีดน้ำแรงดันสูงก็ไม่มีมาตรฐานแน่ชัดว่าแค่ไหนสูง)

ลอนนี จอห์นสัน ในปี 2012 กับ ต้นแบบปืนฉีดน้ำ และ Super Soaker 50 รุ่นแรก

ตามตำนานที่เล่ากันย่อๆ ของ Super Soaker ที่ว่า “วิศวกรนาซาทำน้ำรั่วโดยบังเอิญครั้งเดียว แล้วนักประดิษฐ์ก็ปิ๊งไอเดียกลายเป็นของเล่นขายดีทันที” ความเป็นจริงมิได้ง่ายดายอย่างนั้นเลย

ความเป็นมาของสิ่งประดิษฐ์ที่เปลี่ยนแปลงตลาดของเล่น จากประกายความคิดสู่สินค้ายอดนิยม มิใช่เกิดขึ้นในข้ามคืน แต่เป็นเส้นทางที่ยาวนานและยอกย้อน อาศัยการเรียนรู้จากความผิดพลาด และความมุ่งมั่นตั้งใจอย่างไม่ย่อท้อต่ออุปสรรค ของนักประดิษฐ์ผู้มีความเป็นมาไม่เหมือนใคร

นักประดิษฐ์พึงพยายามไปจนสำเร็จประโยชน์

เรื่องราวของลอนนี จอร์จ จอห์นสัน (1949- ) นักประดิษฐ์ผิวดำผู้สร้าง Super Soaker เกิดขึ้นที่รัฐแอลาบามา ศูนย์กลางแห่งการแบ่งแยกสีผิวในอดีต ลอนนีเป็นบุตรของทหารผ่านศึกสงครามโลกซึ่งทำงานขับรถและเป็นช่างในฐานทัพอากาศ มีพี่น้องหกคน ในวัยเด็ก ลอนนีน้อย ชอบแกะของเล่นออกมาดูการทำงาน นอกจากแกะของตัวเองแล้วยังชอบแกะของคนอื่นๆด้วย หนูน้อยลอนนีไม่มีของเล่นมากนัก จึงต้องทำขึ้นเอง รวมทั้งการเอาเครื่องตัดหญ้ามาทำรถโกคาร์ท ซึ่งพ่อของเขาก็ไม่ได้ว่าอะไร แถมยังช่วยแนะนำ

ลอนนี จอห์นสัน กับสิทธิบัตร US5074437 และ Super Soaker 200 (คนละรุ่นกับในสิทธิบัตร)

ลอนนีได้แรงบันดาลใจจากเรื่องราวของนักการเกษตรผิวดำ จอร์จ วอชิงตัน คาร์เวอร์ เจ้าของสิทธิบัตรสูตรอาหารหลายอย่าง จึงอยากเป็นนักประดิษฐ์บ้าง เขายังชื่นชอบประธานาธิบดีเคนเนดี เมื่อ เคนเนดีประกาศโครงการส่งมนุษย์ไปดวงจันทร์ เขาจึงอยากเรียนวิศวกรรมเพื่อมีส่วนร่วมในโครงการ ลอนนี จอห์นสันลองผสมเชื้อเพลิงจรวดเองที่บ้านจากการศึกษาด้วยตัวเอง แต่เกิดเรื่องขึ้น เมื่อเจ้าน้องชายดันเอาไปเล่นกับเพื่อนที่โรงเรียนแล้วเกิดระเบิด เขาต้องถูกตำรวจจับไปกับน้องด้วยเพราะนึกว่าจะมาระเบิดโรงเรียน โชคดีที่ครูเข้าใจและให้อภัย

ภาพประกอบจากหนังสือ “Whoosh!: Lonnie Johnson's Super-Soaking Stream of Invention”

ขณะที่เรียนมัธยมปลายปีสุดท้าย จอห์นสันทำโครงงานหุ่นยนต์บังคับวิทยุ เคลื่อนไหวด้วยลมอัด (pneumatic) สร้างขึ้นจากเศษวัสดุเก่า รวมทั้งชิ้นส่วนที่งัดมาจากของเล่นของน้องสาว (ข้อดีของการมีพี่น้องหลายคน) ส่งเข้าประกวดที่มหาวิทยาลัยแอลาบามา ในฐานะตัวแทนโรงเรียนคนผิวดำเพียงแห่งเดียว และได้รางวัลชนะเลิศ

ณ สถานที่เดียวกันนี้ เพียงไม่กี่ปีก่อนหน้านั้น ผู้ว่าการรัฐแอลาบามา จอร์จ วอลเลซ เคยมายืนขวางประตูมหาวิทยาลัย ที่เคยสงวนไว้สำหรับคนผิวขาวล้วนไม่ให้คนผิวดำเข้าเรียน ก่อนที่จะถูกนำตัวออกไปตามคำสั่งของรัฐบาลกลาง รางวัลนี้จึงเป็นชัยชนะทางใจและสร้างความเชื่อมั่นให้เขามาก

อย่างไรก็ตามแม้จะชนะเลิศในงาน science fair ระดับรัฐ อย่าว่าแต่ทุนการศึกษา ไม่มีใครในมหาวิทยาลัยเลยที่ชวนให้เขามาเรียน ก็ไม่เป็นไรเรียนที่อื่นก็ได้สบายใจกว่า

หุ่นยนต์ “Linex” ของจอห์นสัน ที่ได้รับรางวัลชนะเลิศปี 1968

ลอนนี จอห์นสันเข้าเรียนวิศวกรรมเครื่องกลที่มหาวิทยาลัยทัสคีกี รัฐแอลาบามา ซึ่งจัดตั้งขึ้นสำหรับคนผิวดำ ด้วยทุนของกองทัพสหรัฐ ตามโครงการฝึกนายทหารสำรอง (ROTC) เนื่องจากขณะนั้นยังมีการเกณฑ์ทหารไปรบในเวียดนามอยู่ เขาสมัครเข้าร่วมเพื่อที่ว่าหากต้องไปรบก็จะไปในฐานะนายทหารดีกว่าต้องถูกเกณฑ์

ช่วงที่เรียนมหาวิทยาลัยมีความเคลื่อนไหวทางการเมืองในอเมริกาอย่างเข้มข้น แต่จอห์นสันไม่มีส่วนร่วมอะไรมากนัก เขามีเป้าหมายอื่นในใจอยู่แล้ว เขาจบปริญญาตรีปี 1973 (ซึ่งยกเลิกการเกณฑ์ทหารพอดี) และปริญญาโททางวิศวกรรมนิวเคลียร์ในปี 1975 ซึ่งสงครามเวียดนามยุติลง

เมื่อเรียนจบเขาไปทำงานกับกองทัพอากาศ ได้รับมอบหมายงานด้านพลังงานนิวเคลียร์ และโครงการอวกาศทางทหาร เขาได้รับสิทธิบัตรฉบับแรกในช่วงนี้ (US4143267) เกี่ยวกับการอ่านข้อมูลดิจิทอลด้วยแสง ซึ่งสามารถพัฒนาต่อเป็นแผ่นซีดีได้ แต่ขณะนั้นจอห์นสันยังไม่เห็นถึงศักยภาพดังกล่าว เขาคิดเพียงว่าจดทะเบียนเผื่อไว้ ใครมาเห็นเข้าคงติดต่อมาเอง ซึ่งไม่มีเลย จึงพลาดโอกาสใหญ่ไป

ลอนนี่ จอห์นสัน กับเพื่อนร่วมงานที่ NASA JPL

ในปี 1979 จอห์นสันในวัย 30 ได้งานใหม่กับองค์การนาซา ที่ JPL (Jet Propulsion Laboratory) รับผิดชอบพัฒนาระบบยานกาลิเลโอ เพื่อการสำรวจดาวพฤหัส และโครงการอวกาศอื่นๆตามความฝันแต่วัยรุ่น แต่ก็อยู่กับนาซาครั้งแรกนี้เพียงสามปี จอห์นสันกลับไปกองทัพอากาศอีกครั้งในปี 1982 รับผิดชอบโครงการพัฒนาเครื่องบินทิ้งระเบิดล่องหน จนได้ติดยศนายเรืออากาศเอก หลังจากนั้นเกิดปัญหาบางอย่าง ต้องย้ายกลับมา JPL อีกรอบในปี 1987 คราวนี้ได้รับผิดชอบยานแคสสินี สำรวจดาวเสาร์ จนถึงปี 1991 เมื่อเขาขายสิทธิปืนฉีดน้ำและเปิดบริษัทของตัวเองได้แล้ว

(ยานกาลิเลโอถูกส่งขึ้นสู่อวกาศได้สำเร็จเมื่อปี 1989 และเข้าสู่วงโคจรดาวพฤหัสในปี 1995 ส่วนยานแคสสินีส่งขึ้นอวกาศปี 1997)

https://fb.watch/jTruKO8byk/

ตั้งแต่ทำงานกับนาซาครั้งแรก จอห์นสันเริ่มมีแผนการอยากสร้างสิ่งประดิษฐ์ที่ขายได้และมีธุรกิจของตัวเอง ในตอนนั้น สตีฟ จอบส์ และบิล เกตส์ ที่อายุน้อยกว่าก็เริ่มมีชื่อเสียงแล้ว ในระหว่างนี้เองที่เขาได้ริเริ่มโครงการฮีทปัมป์แบบใหม่ที่ใช้น้ำแทนฟรีออน ซึ่งเป็นงานวิจัยส่วนตัวไม่เกี่ยวกับ JPL

ฮีทปัมป์ (heat pump) ก็คือศัพท์ทางวิชาการของเครื่องทำความเย็น ที่สามารถใช้ประโยชน์ได้ทั้งสองทางคือ ใช้ด้านทำความเย็น หรือใช้ด้านทำความอบอุ่นจากความร้อนที่ถูกระบายออกก็ได้ ปกติก็ใช้สารความเย็นเช่นฟรีออนเหมือนเครื่องปรับอากาศ แต่จอห์นสันมองการณ์ไกลเรื่องผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของฟรีออน ซึ่งในสมัยนั้นยังใช้สาร CFC ซึ่งทำลายชั้นโอโซนอยู่ จึงเสนอการทำงานแบบใหม่ ที่ใช้การขยายตัวของน้ำที่ถูกพ่นเป็นฝอยละอองแทน

ภาพจากสิทธิบัตรฮีทปัมป์ของจอห์นสันปี 1988 แสดงหัวฉีดของ jet pump

ฮีทปัมป์ของจอห์นสัน แทนที่ชิ้นส่วนเคลื่อนที่ของคอมเพรสเซอร์ด้วย ejector jet pump ส่วนประกอบหมายเลข 7 ในภาพคือหัวฉีด (nozzle) ของ jet pump ที่ทำหน้าที่ขับเคลื่อนระบบด้วยลำน้ำความเร็วสูง สิ่งประดิษฐ์นี้ได้รับสิทธิบัตรสหรัฐ 4724683 เมื่อปี 1988 ในชื่อ “Johnson Tube, A Thermodynamic Heat Pump” แต่ยังไม่มีการนำไปใช้งานจริง

วันหนึ่งในปี 1982 จอห์นสันนำหัวฉีดที่สร้างขึ้นไปทดสอบในห้องน้ำที่บ้าน น้ำจากหัวฉีดพุ่งแรงจนเขาประหลาดใจ ประสบการณ์ที่เคยทำของเล่นเองในวัยเด็กแวบขึ้นมาทันที

“สิ่งนี้ใช้เป็นปืนฉีดน้ำได้สิ !”

ภาพประกอบจากหนังสือ “Whoosh!: Lonnie Johnson's Super-Soaking Stream of Invention”

หากจอห์นสันเพียงแต่ออกแบบระบบฮีทปัมป์แล้วให้ผู้อื่นผลิตให้ เขาก็คงไม่อาจสัมผัสความรู้สึกถึงรายละเอียดเล็กๆน้อยๆ ที่สร้างความเป็นไปได้สู่การประดิษฐ์อื่นๆเหมือนกับการลงมือทำเอง และหากไม่มีเป้าหมายลึกๆในใจอยู่แล้วว่ากำลังมองหาสิ่งประดิษฐ์ใหม่ ก็คงยึดติดอยู่แต่เพียงเป้าหมายหลัก ไม่เปิดกว้างรับสถานการณ์ที่ผ่านเข้ามาโดยไม่ได้คาดหมาย เมื่อเหตุบังเอิญเกิดขึ้นคงจะปล่อยให้ผ่านเลยไป ไม่สามารถจุดประกายความคิดขึ้นได้

แต่ไม่ใช่สำหรับลอนนี จอห์นสัน ผู้ซึ่งเตรียมพร้อมรับเหตุไม่คาดคิด และเปลี่ยนประสบการณ์ทุกชนิด ให้เป็นไอเดียสิ่งประดิษฐ์ใหม่เมื่อจังหวะนั้นมาถึง

จอห์นสันหันมาสนใจการพัฒนาปืนฉีดน้ำอย่างจริงจัง ขณะนั้นเขามีเพียงแนวคิดคร่าวๆว่า ธุรกิจของเล่นเป็นสิ่งที่คนทั่วไปเข้าใจได้ง่าย และนำสินค้าออกสู่ตลาดได้ง่ายกว่าสิ่งประดิษฐ์ทางวิศวกรรมขั้นสูงเช่นฮีทปัมป์ที่เขากำลังพัฒนาอยู่ ปืนฉีดน้ำที่มีในตลาดยุค 1980 เป็นของเล่นที่ขาดการพัฒนามานาน และมีช่องว่างให้ปรับปรุงได้อีกมาก คือ blue ocean ที่ท้าทายเขาในตอนนั้น

ปืนฉีดน้ำทำจากแผ่นเหล็กอัดขึ้นรูป ยุค 1920-1950 ฉีดได้สามครั้งต้องเอาไปเติมน้ำใหม่

ส่วนสำคัญของนวัตกรรมใหม่คือการมองเห็นปัญหาในสิ่งที่คนอื่นเห็นว่าเป็นเรื่องธรรมดาสามัญ เมื่อเขาได้เป้าหมายใหม่ เขาจึงได้หันมาวิเคราะห์ของเล่นโบราณที่ถูกลืมนี้ ในฐานะอุปกรณ์ทางวิศวกรรมอย่างจริงจัง

ไดโนเสาร์ตื่นจากหลับ

ทุกวันนี้ ปืนฉีดน้ำมีให้เลือกทุกรูปร่าง ทุกสี ทุกขนาด เลือกกำลังแรงได้ มีแม้กระทั่งระบบไฟฟ้าที่มีปัมป์น้ำในตัว แต่อย่าลืมว่า เมื่อสามสิบกว่าปีก่อนนี้เองมีแต่ปืนฉีดน้ำแบบธรรมดา กำลังส่งน้ำมาจากแรงบีบด้วยมือ ซึ่งฉีดไปได้ไม่ไกล

ทหารอังกฤษเผชิญภัยสงกรานต์ในมัณฑะเลย์ ปี 1888

ปืนฉีดน้ำแต่เดิม แรงดันน้ำเกิดจากการกดน้ำที่บรรจุในกระบอกเหมือนหลอดฉีดยาหรือกระเปาะยาง (เหมือนในรูปบน ปี 1888) การออกแรงกดต่อมวลน้ำโดยตรงสร้างแรงดันได้น้อย จึงต้องฉีดระยะประชิดเท่านั้น และยังบรรจุน้ำได้น้อยไม่สามารถฉีดน้ำออกมาอย่างต่อเนื่องได้

ปืนฉีดน้ำอีกประเภทหนึ่งที่นิยมก่อนยุค 1990 คือแบบพลาสติกที่เหมือนปืนจริงๆ เรียกว่า trigger pump ทำงานคล้ายกับสเปรย์ฉีดกระจก

ปืนฉีดน้ำยุค 1980 ใช้นิ้วกดไก (ปัมป์) ตรง A และเติมน้ำทางช่อง H

(ที่มา https://www.mathdunk.org/supersoaker และ isoaker.com)

การทำงานของ trigger pump นี้ เริ่มจากการล่อน้ำ (priming)โดยการกดไก (trigger) A เพื่อไล่อากาศออกทางเช็ควาล์วตัวบน เมื่อปล่อยไกเกิดสุญญากาศขึ้นในช่องกระบอกสูบ D น้ำจะเข้าไปเติมแทนทางเช็ควาล์วตัวล่าง ต้องกดไกหลายๆครั้งเพื่อให้น้ำที่เก็บในตัวเรือน เข้ามาเติมเต็มกระบอกสูบ เวลาจะฉีดก็กดไกเพื่อปัมป์น้ำให้ฉีดออกทางหัวฉีด G ไกปืนจึงทำหน้าที่เป็นปัมป์สร้างแรงดันไปด้วย ถ้าอยากฉีดไกลก็ต้องใช้แรงมาก

หากนำการทำงานของปืนฉีดน้ำมาแยกองค์ประกอบ จะเห็นว่าในตัวอุปกรณ์เดียวมีหลายหน้าที่ด้วยกัน

1. ส่วนเก็บน้ำ (reservoir) ซึ่งควรต้องใหญ่เพื่อเก็บน้ำให้ได้มาก

2. ส่วนสร้างความดัน (pressure chamber) ซึ่งควรสร้างความดันให้ได้มากเพื่อให้ฉีดได้ไกล

3. ส่วนไก (trigger) เพื่อควบคุมการปล่อยน้ำ ซึ่งไม่ควรต้องออกแรงมาก

สาเหตุที่ปืนยุคโบราณมีสมรรถนะจำกัดเพราะเอาหน้าที่ทั้งหมดมารวมกัน ทำให้ขัดแย้งกันเอง ต้องออกแรงมากแต่ฉีดได้ไม่ไกลและน้ำหมดเร็ว trigger pump พัฒนาขึ้นมาอีกนิด โดยการแยกส่วนเก็บน้ำออกไป แต่ยังต้องสร้างแรงดันด้วยการกดไก ซึ่งคุณลักษณะของสองหน้าที่นี้ขัดแย้งกัน

ที่สูบลม + ปืนฉีดน้ำ = ปืนฉีดน้ำพลังลมอัด

ลอนนี จอห์นสัน เห็นว่าจะดีกว่าหากแยกส่วนสร้างความดันออกมา แทนที่จะใช้วิธีการกดมวลน้ำโดยตรงขณะที่ฉีด ก็ใช้ลมอัดเข้าไปสร้างความดันให้น้ำไว้ก่อนแทน เหมือนกับการต่อเครื่องสูบลมจักรยานเข้าไปในปืนฉีดน้ำ ซึ่งจะทำให้สร้างแรงดันเพิ่มขึ้นได้มาก และใช้แรงกดไกน้อยลง แบบเดียวกับจรวดขวดน้ำเพียงแต่ใช้ประโยชน์จากน้ำที่ฉีดออกมาแทน

ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่คนคิดเรื่องนี้ได้ จะเป็นลอนนี ผู้สร้างของเล่นเองและสนใจจรวดตั้งแต่เด็ก สมัยมัธยมสร้างหุ่นยนต์ที่ใช้แรงลมอัด และงานอดิเรกของเขาคือวิจัย jet pump เขาจึงนำสองสิ่งมาหลอมรวมกันเป็นปืนฉีดน้ำระบบลมอัดได้ไม่ยากนัก

Divide and Combine

ปืนฉีดน้ำที่เพิ่มแรงดันน้ำด้วยลมอัด มีปรากฏในสิทธิบัตร US2589977 ตั้งแต่ปี 1949 โดยแจ็ค สเทลเซอร์ ในการประดิษฐ์นี้กระบอกใส่น้ำ (กรอบสีเหลือง) จะอยู่ติดกับคันชักสูบลม ซึ่งติดอยู่บนลำกล้องปืน มีรูปร่างออกไปทางปืนไรเฟิลโบราณ เมื่อชักลำกล้องลมก็จะถูกอัดเข้าไปในกระบอกเพื่อเพิ่มแรงดันน้ำ ไกปืนทำหน้าที่เพียงเปิดช่องให้น้ำในกระบอกถูกฉีดออกมา ไม่พบว่ามีการผลิตออกขายในตลาด สิ่งที่มีการใช้งานจริงกลับเป็นอุปกรณ์พ่นยาฆ่าแมลงแบบใช้ลมอัด ทั้งที่ใช้หลักการเดียวกัน

สิทธิบัตร US2589977 ของ แจ็ค สเทลเซอร์

ปืนฉีดน้ำแรงดันลมรุ่นแรกๆ ที่มีขาย คือ Cosmic Liquidator ออกจำหน่ายในปี 1977 การออกแบบได้แรงบันดาลใจจากจรวดขวดน้ำ มีการแยกส่วนปัมป์สูบลมออกมาคาดไว้ที่เอว และต่อสายยางไปยังปืน เป็นรุ่นแรกที่มีไกปืนทำหน้าที่แยกจากส่วนสร้างแรงดัน และออกแบบแนวอวกาศตามแฟชันสตาร์วอร์ส ในขณะนั้น สินค้ากลับไม่ได้รับความนิยม สื่อวิจารณ์ว่าราคา 6 ดอลลาร์แพงเกินไปกว่าปืนฉีดน้ำธรรมดากระบอกละ 4 ดอลลาร์ แต่มองข้ามความไม่สะดวกในการพกพาและสมรรถนะที่ยังไม่ดีสมราคา

Cosmic Liquidator ออกจำหน่ายในปี 1977

สิทธิบัตร US 4,214,674 ที่ได้รับในปี 1980 ของ Cosmic Liquidator

ลอนนี จอห์นสันได้ศึกษาบทเรียนจากผลงานของคนอื่นๆเป็นอย่างดี เขายังยึดคอนเซ็พท์ปืนแนวอวกาศ แต่ได้นำส่วนปัมป์สูบลมมารวมไว้บนกระบอกปืน คล้ายกับของสเทลเซอร์ แต่นำกระบอกน้ำแยกออกไปไว้ข้างบนทำให้การชักสูบลมเบาขึ้น นอกจากนี้เขาอาจจะนำรูปแบบปืนจากสตาร์วอร์สมาใช้ โดยทำส่วนสูบสมให้เป็นเหมือนไรเฟิลกระบอกคู่ กระบอกบนเป็นไกด์นำทาง กระบอกล่างทำหน้าที่สูบลม

แรงบันดาลใจจากสตาร์วอร์ส

เมื่อย้ายมาอยู่กับกองทัพอากาศรอบสอง เขาใช้เวลาว่างสร้างต้นแบบจากวัสดุที่หาได้ทั่วไป เช่น ท่อพีวีซี ขวดน้ำอัดลม แผ่นอะคริลิค จนได้รูปแบบที่ลงตัว อัดลมได้ง่าย ฉีดน้ำได้ไกล เขาให้ลูกสาวเจ็ดขวบลองเล่นแล้ว ได้ผลตอบรับที่ดี แต่เมื่อติดต่อบริษัทผู้ผลิตของเล่นรายใหญ่ ยังไม่มีใครสนใจ

ต้นแบบปืนฉีดน้ำแรงดันลมที่พร้อมใช้งาน ของลอนนี จอห์นสัน

ในปี 1986 ขณะที่ยังอยู่กับกองทัพ จอห์นสัน ได้รับสิทธิบัตรปืนฉีดน้ำพลังลมอัดฉบับแรก ปี 1986 ในชื่อ “Squirt gun” มีสูบลมติดอยู่บนลำกล้องปืนแบบคู่

เมื่อชักสูบลมออก (มือจับสีเขียวในรูป) อากาศจากภายนอกจะไหลผ่านซีลเข้าไปในกระบอกสูบลม พอชักสูบลมเข้า อากาศในกระบอกสูบลม (ซึ่งถูกกักไว้ไม่ให้ไหลออกเพราะตอนนี้ซีลถูกบานออกไปแนบกับผนังสูบลม) จะถูกอัดผ่านวาล์วกันกลับ เข้าไปในตัวเรือนปืนฉีดน้ำ ซึ่งทำหน้าที่เป็นถังเก็บน้ำด้วย การชักสูบลมเข้าออกจะทำให้น้ำในถังเก็บถูกอัดตัวจนมีความดันสูงขึ้นเรื่อยๆ โดยอากาศจากสูบลมที่ลอยขึ้นไปอยู่ด้านบนของถังเก็บ

สิทธิบัตร US4591071 “Squirt gun” 1986

เวลาฉีด เพียงแต่กดไกปืน (สีแดง) ซึ่งทำหน้าที่เป็นวาล์วน้ำเบาๆ ก็จะเปิดช่องทางการไหลให้น้ำแรงดันสูงฉีดออกไปทางหัวฉีดได้ ความดันน้ำภายในจะเท่ากับความดันลม ซึ่งสูงพอๆกับการสูบลมยางรถ คือได้ถึงกว่า 30 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) และปืนฉีดน้ำธรรมดาไม่สามารถทำได้

เมื่อความดันสูงขึ้น ความเร็วของน้ำที่ฉีดออกมา ที่ขึ้นอยู่กับรากที่สองของความดันก็จะสูงขึ้นตาม ทำให้ฉีดไปได้ไกลกว่าเดิมหลายเท่าตัว นอกจากนั้นตามสิทธิบัตรนี้ เขายังได้เพิ่มคุณสมบัติพิเศษเข้าไป คือ กังหันน้ำ (สีเหลือง) ที่เชื่อมต่อกับลูกสูบ (สีฟ้า) เพื่อสร้างการสั่นสะเทือนให้เหมือนปืนกล เมื่อกดไกฉีดน้ำแล้ว จะมีเสียงจากวงจรไฟฟ้าออกมาด้วย (คุณสมบัติพิเศษเหล่านี้ต่อมาถูกตัดออก เมื่อนำมาผลิตจริงเพื่อลดต้นทุน)

แม้จะมีสิทธิบัตรและต้นแบบที่ใช้การได้แล้ว การผลิตจริงออกสู่ตลาดยังไม่เกิดขึ้น ตลอดเวลา 7 ปีนับแต่เกิดไอเดียขึ้นในห้องน้ำ จอห์นสันยังทำงานประจำ สลับไปมาระหว่างกองทัพกับนาซา ระหว่างนั้นเขาก็ซุ่มพัฒนาปืนฉีดน้ำ และสิ่งประดิษฐ์อื่นๆของเขาในเวลาว่าง และหาโอกาสเสนอขายกับผู้ประกอบการที่สนใจตลอดมา เขาเทียวไปเทียวมางานแสดงของเล่นนับครั้งไม่ถ้วน แม้จะถูกปฏิเสธครั้งแล้วครั้งเล่าก็ไม่ล้มเลิกความพยายาม

ขณะนั้นเขาเป็นวิศวกรอาวุโส มีงานที่มั่นคง อยู่ในวัย 40 มีครอบครัวที่ต้องเลี้ยงดู ยังไม่ลดละความตั้งใจที่จะเป็นนักประดิษฐ์อิสระที่เลี้ยงตัวได้ ตอนแรกเขาก็คิดผลิตขายเสียเองเลย แต่เป็นการลงทุนที่สูงเกินไป และเขาไม่มีความชำนาญทางธุรกิจ การขายสิทธิให้ผู้อื่นไปผลิตน่าจะเป็นทางเลือกที่ดีกว่า

แม้ว่าจะยังมีจุดบกพร่องอยู่บ้างดังจะอธิบายต่อไป แต่จอห์นสันเชื่อมั่นว่า ปืนฉีดน้ำแรงๆ ดีไซน์เฉียบแบบนี้ไม่เคยมีมาก่อน ทุกคนต้องอยากได้ ปืนฉีดน้ำลมอัดคือไดโนเสาร์ที่รอวันตื่นจากการหลับไหล ที่จะเปลี่ยนแปลงตลาดของเล่นความเปียกปอนไปตลอดกาล

เปลี่ยนสิ่งประดิษฐ์เป็นผลิตภัณฑ์

หลังจากได้รับสิทธิบัตรปืนฉีดน้ำลมอัดในปี 1986 บริษัทแรกที่สนใจคือ Daisy ผู้ผลิตบีบีกันรายใหญ่ เกือบจะตกลงกันได้แล้ว และเป็นเหตุให้เขาลาออกจากกองทัพเป็นครั้งที่สอง เพื่อที่จะเป็นนักประดิษฐ์เต็มตัว แต่ก็เกิดปัญหาขึ้นเมื่อ Daisy ปรับองค์กรภายใน ผู้รับผิดชอบคนใหม่ไม่ติดตามเรื่องต่อ ทำให้เขาต้องกลับไปทำงานใหม่ที่ JPL แทน

บริษัทต่อมาที่จอห์นสันติดต่อไปคือ Entertech เมื่อได้โอกาสให้ไปนำเสนอ นอกจากนำต้นแบบปืนฉีดน้ำลมอัดไปแสดงแล้ว เขายังเสนอไอเดียเครื่องร่อนน้ำพลังลมอัดพ่วงไปด้วย บริษัทสนใจทั้งสองอย่าง แต่สิ่งที่นำมาผลิตออกขายก่อนกลับเป็นเครื่องร่อนโฟมที่ใช้ลมอัดสร้างแรงดันน้ำ เหมือนจรวดขวดน้ำ ซึ่งยังไม่มีสิทธิบัตร ออกมาขายในปี 1987 ใช้ชื่อว่า Jammin Jet

สินค้าแรกของจอห์นสัน ไม่ปังอย่างที่คิด

แต่เครื่องร่อนขายไม่ดี จึงไม่ได้รับส่วนแบ่งรายได้ จอห์นสันเห็นว่าเป็นความบกพร่องของการผลิตและสินค้าถูกดัดแปลงผิดไปจากความเห็นของเขา ข้อตกลงผลิตปืนฉีดน้ำลมอัดเป็นอันยกเลิกไปด้วย Entertech ยื่นขอล้มละลายในปี 1989

แม้จะผิดหวังอีกครั้ง จอห์นสันก็ไม่ได้ล้มเลิกความตั้งใจ ขณะนั้นเขามาอยู่กับ NASA JPL เป็นรอบที่สอง ในงานแสดงของเล่นที่นิวยอร์ค ปี 1989 เขาได้พบกับผู้บริหารของบริษัทของเล่นราคาประหยัด Larami ซึ่งมีฐานการผลิตในฮ่องกง ได้รับเชิญให้ลองไปเสนอที่สำนักงานของบริษัทในฟิลาเดลเฟีย “แต่ไม่ต้องทำให้ใหญ่โตนักนะ” รองประธานชวนอย่างลังเล

ปืนฉีดน้ำแบบหมุนข้อเหวี่ยงของ Larami ก่อนยุคจอห์นสัน (ที่มา ebay)

บริษัทของเล่นสมัยนั้นเริ่มเปิดรับไอเดียจากนักประดิษฐ์อิสระมากขึ้น หลังจากตัวอย่างของรูบิคที่ขายดีมาก ไม่กี่ปีก่อนหน้านั้น เขาต้องรอหน้าห้องประชุมที่ฟิลาเดลเฟีย กว่าชั่วโมง เมื่อได้รับโอกาสให้สาธิตการทำงาน เขานำต้นแบบปืนที่เติมน้ำไว้แล้ว ออกมาปัมป์อัดลม แล้วฉีดข้ามห้องประชุมไปอีกฝั่งหนึ่ง ประธานเชื้อสายเกาหลีซึ่งทำปืนฉีดน้ำขายอยู่แล้ว รู้จักสินค้าในตลาดเป็นอย่างดี เห็นความเหนือชั้นของสิ่งประดิษฐ์ใหม่ก็ตกตะลึง และขอเซ็นสัญญาซื้อสิทธิมาผลิตขายทันที

บรูซ ดิอันดราเด, เจ้าของบริษัทชาวเกาหลีอเมริกัน, ลอนนี จอห์นสัน หน้าสำนักงาน Larami

(ที่มา http://lonniejohnson.com/ )

จอห์นสัน ร่วมกับบรูซ ดิอันดราเด ทีมงานของ Larami ปรับปรุงการออกแบบ จอห์นสันเสนอให้เพิ่มที่เก็บน้ำทำจากการเป่าขึ้นรูปเหมือนต้นแบบที่ใช้ขวดเพ็ทของเขา และตัดส่วนที่ไม่จำเป็นออกหมดเพื่อลดต้นทุนแล้ว ได้เปิดตัวครั้งแรกในชื่อ “Power Drencher” เกิดกระแสความนิยมจากการบอกต่อทันที ทั้งที่ไม่มีโฆษณา แต่ติดปัญหาตรงที่ชื่อสินค้าไปซ้ำกับเครื่องหมายการค้าของคนอื่น

“Power Drencher” รุ่นแรก ปังทันที จากปากต่อปาก (ที่มา https://lrmonline.com/)

Larami จึงเปลี่ยนมาทุ่มงบโฆษณาและเปลี่ยนชื่อเป็น “Super Soaker 50” ซึ่งหมายถึงฉีดได้ไกล 50 ฟุต ถึงแม้ว่าจริงๆจะไม่ถึง 50 ฟุตแต่ก็ไกลกว่าปืนฉีดน้ำอื่นๆ อย่างชัดเจน และยังเก็บน้ำได้มาก ราคาก็ไม่แพงราว 10 ดอลลาร์ ถูกกว่าและดีกว่าแบบที่ใช้ไฟฟ้าในขณะนั้นด้วย กลายเป็นของเล่นขายดีที่คนชอบเล่นน้ำไม่มีไม่ได้ ในสามปีแรก (1991-1993) ขายได้เกือบ 30 ล้านกระบอก กวาดยอดขายไปได้ 200 ล้านดอลลาร์ และทำยอดขายสูงอย่างต่อเนื่อง

ลอนนี จอห์นสัน ร่วมกับบรูซ ดิอันดราเด จดสิทธิบัตรปืนฉีดน้ำพลังลมอัด ที่ปรับปรุงใหม่ ในปี 1991ตามโครงสร้างของ Super Soaker 50 ซึ่งใช้ไกปืนแบบหนีบสายยางไว้ (pinch trigger) เมื่อกดไก กลไกจะปล่อยการหนีบสายให้น้ำไหลผ่านได้ ภายหลังจอห์นสันได้จดสิทธิบัตรเครื่องร่อนขวดน้ำกับ Larami ด้วย

สิทธิบัตร US5074437 ปี 1991โดย ลอนนี จอห์นสัน ร่วมกับ บรูซ อันดราเด

ทันทีที่ขายดีอย่างไม่คาดคิด การเลียนแบบก็ตามมา สิทธิบัตรฉบับปี 1991 ได้ใช้งานทันที หยุดการเลียนแบบไปหลายราย ไม่เพียงเท่านั้น Super Soaker เองก็ถูกฟ้องว่าละเมิดสิทธิบัตร US4239129A ของ Talk to me products บริษัทผู้ผลิตปืนฉีดน้ำ American Gladiator ซึ่งยื่นไว้ตั้งแต่ปี 1978 อีกด้วย แต่ก็พ้นผิด

เพราะในสิทธิบัตรของ Talk to me เขียนไว้ว่า “ตัวเรือนแบบยาวที่มีห้องบรรจุของเหลวอยู่ภายใน” แต่ Super Soaker มีกระบอกน้ำทำจากการเป่าขึ้นรูป อยู่ด้านนอก ถอดออกมาได้ ถือว่าไม่เหมือนกัน นับว่าเป็นผลงานของจอห์นสันที่ทำให้รอดมาได้ ทั้งที่เขาก็ไม่รู้มาก่อนว่าคู่แข่งมีสิทธิบัตรคล้ายกัน

https://patents.google.com/patent/US4239129A/en

ต่อจากนั้นในปี 1995 ผู้ผลิตของเล่นยักษ์ใหญ่ Hasbro ซึ่งเคยปฏิเสธไอเดียของจอห์นสันมาก่อน ก็ได้เข้าซื้อกิจการ Larami นำแบรนด์ มาปรับปรุง ออกผลิตภัณฑ์รุ่นใหม่ๆ จน Super Soaker ติดอันดับ 20 ของเล่นขายดีที่สุดตลอดกาล

Super Soaker 50 รุ่นแรก กลายเป็นไอคอนของยุค 90ไปแล้ว

หลังจากขายสิทธิได้รับทรัพย์ก้อนโต และลาออกจากนาซา (อีกครั้ง) แล้ว จอห์นสันมิได้ทอดทิ้ง Super Soaker ยังช่วยออกแบบกับดิอันดราเด ในฐานะฟรีแลนซ์ ในการปรับปรุงปืนฉีดน้ำต่อไป จุดอ่อนของ Super Soaker 50 คือ ถังเก็บน้ำทำหน้าที่ถังเก็บความดันไปด้วย ต้องฉีดให้หมดความดันก่อนจึงจะเติมน้ำได้

สิทธิบัตร US5150819 ได้รับปี 1992

จอห์นสันจึงได้แยกถังอัดความดัน (pressure tank) รูปกลมขนาดเล็ก (สีส้มในรูป) ออกมาจากถังเก็บ (storage tank) โดยมีวาล์วกันกลับและช่องทางเชื่อมต่อกันภายใน ทำให้บรรจุน้ำได้มากขึ้น เติมน้ำได้โดยไม่ต้องลดความดัน และถังที่เล็กลงยังรับความดันลมได้มากขึ้นถึงเกือบ 100 psi ปืนฉีดน้ำลมอัดระบบถังแยกนี้ได้รับสิทธิบัตร 5150819 ในปี 1992 และผลิตออกขายในชื่อ Super Soaker 100

Super Soaker 100 ระบบถังแยก

ภายหลังที่ลอนนี จอห์นสันไปสนใจเรื่องอื่นแล้ว Hasbro ยังได้พัฒนาปืน Super Soaker ต่อมาอีกหลายรุ่น ขอยกตัวอย่างรุ่นเดียวที่จอห์นสันเองบอกว่าเป็นรุ่นที่เขาถูกใจที่สุด คือ CPS 2500 ออกขายในปี 1998 มีระบบรักษาความดันให้คงที่หรือ Constant Pressure System (CPS) ตามสิทธิบัตร US5339987A โดยบรูซ ดิอันดราเด

https://patents.google.com/patent/US5339987A/en?oq=us5%2c339%2c987

ข้อบกพร่องของระบบลมอัด คือขณะที่ปล่อยน้ำออกจากถังอัดนั้น อากาศในถังอัดจะขยายตัว มีปริมาตรมากขึ้นและความดันลดลง น้ำที่ฉีดไปจึงพุ่งแรงเฉพาะช่วงแรกและอ่อนพลังลงเร็วมาก

วิธีการหนึ่งในการรักษาความดันให้คงที่ตลอดการฉีด ของระบบ CPS ที่ได้รับการพัฒนาขึ้นโดย บรูซ ดิอันดราเด คืออัดน้ำเขาไปในถุงโป่งที่ยืดหยุ่นได้ (elastic bladder) แทนการใช้ลมอัด ถุงโป่งนี้จะทำงานเหมือนกับลูกโป่งใส่น้ำ ช่วยรักษาความดันภายในให้คงที่ไม่ลดลงตามปริมาตรน้ำ ในทางกลับกัน ความดันจะเพิ่มขึ้นด้วยซ้ำเมื่อมีน้ำในถุงโป่งน้อยลง

https://www.mwmresearchgroup.org/the-science-of-balloons-part-1.html

หลักการเดียวกับการทดลอง เชื่อมต่อลูกโป่งขนาดไม่เท่ากันสองลูกเข้าด้วยกัน อากาศ(หรือน้ำ) ในลูกโป่งใบเล็กที่มีความดันสูงกว่าจะไหลเข้าไปเติมให้กับลูกโป่งใบใหญ่ที่ความดันต่ำกว่า ดังนั้นเมื่อน้ำถูกฉีดออก ปืนฉีดน้ำที่อัดแรงดันในถุงโป่งจะมีความดันค่อนข้างคงที่หรือเพิ่มขึ้นตอนน้ำใกล้หมด ทำให้ฉีดน้ำไกลๆได้นานขึ้น ซึ่งตรงกันข้ามกับแบบอัดลมในถังธรรมดา

ในระบบนี้ ถุงโป่ง (bladder) หมายเลข 113 ในรูป ทำหน้าที่เป็นห้องอัดความดัน ที่แยกออกจากถังเก็บน้ำ ส่วนถังเก็บน้ำ (reservoir) ขนาดใหญ่นั้นจะไม่ถูกอัดลม แต่น้ำจะถูกอัดตัวในถุงโป่งขนาดเล็กกว่า ที่ทำจากวัสดุยืดหยุ่นเช่นยาง ซึ่งทำหน้าที่เป็นห้องอัดความดัน (pressure chamber)

สิทธิบัตร US5799827 ปืนฉีดน้ำระบบถุงโป่ง ปี 1998 ผลงานของ บรูซ ดิอันดราเด

เมื่อทำการปัมป์ด้วยการเลื่อนคันชัก (155 สีเหลือง) เข้าออก น้ำจะถูกดูดจากถังเก็บ (133 สีฟ้าอ่อน) ผ่านวาล์วกันกลับ 1 และ 2 อัดตัวเพิ่มความดันเข้าไปในถุงโป่ง (113 สีฟ้าเข้ม) ถุงโป่งจะขยายตัวโป่งออกและสร้างแรงดันบีบน้ำภายในถุงโป่ง แบบเดียวกับลูกโป่งใส่น้ำ หากความดันเกินกำหนด น้ำในถุงโป่งจะถูกระบายออกกลับไปที่ถังเก็บ เนื่องจากไม่มีอากาศในถุงโป่ง ทำให้ความดันของน้ำค่อนข้างคงที่ตลอดการอัดและการฉีดน้ำ ไม่เปลี่ยนแปลงมากนักตามปริมาตรของน้ำที่อยู่ในถุงโป่ง

เมื่อ Hasbro ซื้อกิจการปืนฉีดน้ำ Super Soaker ไปนั้น ยังได้นำเอาหลักการของแรงดันลมอัดของปืนฉีดน้ำ ไปใช้ในของเล่นอื่นของตนด้วย ตัวที่โดดเด่นได้แก่ ปืนยิงกระสุนโฟม NERF blaster ที่ Hasbro ซื้อมาก่อนแล้วจาก Parker Brothers

ก่อนหน้านั้น ปืนยิงโฟม NERF blaster จะมีการออกแบบคล้ายกับ syringe pump แบบโบราณ

US5787869 ปืนยิงกระสุนโฟมพลังลมอัด ที่จอห์นสันออกแบบให้ NERF

ในระยะแรก ลอนนี จอห์นสัน ได้นำเอาหลักการลมอัด pump action ของปืนฉีดน้ำ มาช่วยพัฒนาปืนยิงกระสุนโฟมแบบใช้แรงดันลมอัดให้กับ NERF อีกด้วย (แท่งสีเขียวในรูปเอาไว้ชักสูบลมอัดเข้าถังสีเหลือง สำหรับพ่นลมออกมาขับกระสุนโฟมสีแดง)

สิทธิบัตรปืนยิงโฟมพลังลมอัด ที่จอห์นสันพัฒนาให้ NERF

https://patents.google.com/patent/US5787869A/en?oq=US5787869

Super Soaker เป็นผลิตภัณฑ์ของแบรนด์ NERF

ปัจจุบันนี้ ปืนฉีดน้ำ Super Soaker ก็กลายเป็นหนึ่งในไลน์ผลิตภัณฑ์ของแบรนด์ NERF ที่รวมเอาปืนของเล่นทุกชนิด ทั้งฉีดน้ำ ยิงกระสุนโฟม และยิงจรวด มากกว่า 20 ชนิด ส่วนใหญ่ใช้แรงดันลมอัดตามแบบของลอนนี จอห์นสันนั่นเอง

เขาได้รับเงินส่วนแบ่ง (royalty) 20 ล้านดอลลาร์ จากการขายปืนฉีดน้ำ Super Soaker และปืนยิงโฟม N-strike ทั้งหมดที่ใช้หลักการ pump action ผลงานการประดิษฐ์ของจอห์นสัน มีส่วนสำคัญทำให้ NERF เป็นแบรนด์ของเล่นที่ติดอันดับมูลค่าสูงสุดอันดับ 5 มาจนปัจจุบัน (ขณะที่ รูบิคไม่ติดอันดับแล้ว) ถึงแม้ว่าปืนฉีดน้ำระบบไฟฟ้าจะเข้ามาแทนที่มากขึ้นเพราะแบตเตอรีที่มีราคาถูกลง

อันดับแบรนด์ของเล่นที่มีมูลค่าสูงสุดในปัจจุบัน ที่ 5 คือ NERF ซึ่งมี Super Soaker รวมอยู่ในนั้น

อย่างไรก็ตามในปี 2013 จอห์นสันจ้างที่ปรึกษาตรวจพบว่า Hasbro จ่ายส่วนแบ่งให้เขาไม่ครบถ้วน ส่วนใหญ่มาจากรุ่นที่นำไปปรับปรุงเพิ่มเติมระหว่างปี 2007 ถึง 2012 ที่สิทธิบัตรเดิมของเขายังไม่หมดอายุ จอห์นสันฟ้องเรียกค่าสินไหมเพิ่มอีก 73 ล้านดอลลาร์ และชนะคดี จากยอดขายปืนฉีดน้ำ Hasbro รวมกันกว่า 1 พันล้านดอลลาร์ แต่เขาก็มิได้เกษียณไปใช้เงินแต่อย่างใด

ลอนนี จอห์นสันในวัยกว่า 70 ยังสนุกกับการประดิษฐ์คิดค้น คราวนี้เขามีบริษัทวิจัยเล็กๆของตัวเองในแอตแลนต้า เพื่อคิดค้นสิ่งประดิษฐ์ใหม่โดยเฉพาะ ที่ผ่านมาจอห์นสันได้รับสิทธิบัตรกว่า 100 เรื่อง นอกจากเรื่องปืนฉีดน้ำ และของเล่นพลังลมอัดต่างๆแล้ว ผลงานทางวิศวกรรมขั้นสูงที่ฝึกวิชาไว้กับนาซา ก็มิได้ละทิ้ง เช่น แบตเตอรีเซรามิก และพลังงานไฮโดรเจน ซึ่งเขาทุ่มเทให้มากเป็นพิเศษ

ถึงแม้งานวิจัยด้านพลังงานไฮเทค จะยังไม่ปรากฏผลออกมาเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่อะไรเหมือนกับของเล่น อาจจะเกิดเหตุไม่คาดคิดอีกครั้งหรือไม่ก็ตาม อย่างหนึ่งที่แน่นอนสำหรับเขาก็คือ การล้มเลิกเป็นสิ่งที่ไม่อยู่ในแผนการ