Đột phá từ Thụy Sĩ: Robot mềm biến hình mang lại cảm giác "chạm" như người thật

[Dũng Đỗ]

Các kỹ sư tại Thụy Sĩ đã công bố một hệ thống robot mềm có thể tùy chỉnh, mô phỏng lại cảm giác chạm của con người thông qua các module biến hình được vận hành bằng khí nén, mở ra một hướng đi mới cho thực tế ảo (VR) và các liệu pháp phục hồi chức năng.

Cận cảnh robot mềm mô-đun 'Digits'​

'Digits': Mang cảm giác chạm chân thực vào thế giới số​

Trong một thế giới ngày càng trở nên kỹ thuật số, cảm giác chạm thường là "nạn nhân" đầu tiên. Trong khi hình ảnh và âm thanh trong thực tế ảo (VR) đã trở nên vô cùng đắm chìm, việc tái tạo lại cảm giác tương tác vật lý vẫn là một thách thức khó nắm bắt.

Giờ đây, các kỹ sư tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ tại Lausanne (EPFL) đã vén màn một hệ thống robot mềm có thể tùy chỉnh, có khả năng mô phỏng lại cảm giác chạm của thế giới thực thông qua các module có thể biến đổi hình dạng, được vận hành bằng khí nén.

Với tên gọi ‘Digits’, hệ thống này có thể cung cấp các phản hồi rung, thay đổi độ cứng và các phản hồi động thông qua 16 cấu hình độc đáo, mở ra một biên giới mới cho thực tế ảo và các liệu pháp phục hồi chức năng.

16 cấu hình của mô-đun robot mềm Digits.​

Thiết kế module và cơ chế hoạt động bằng khí nén​

Được phát triển bởi Phòng thí nghiệm Robot có thể Tái cấu hình (Reconfigurable Robotics Lab) tại Trường Kỹ thuật của EPFL, hệ thống Digits có bản chất là dạng module. Nó sử dụng các khớp nối linh hoạt và các liên kết cứng được kích hoạt bởi các túi khí nén để thay đổi hình dạng và đầu ra xúc giác. Mặc dù hỗ trợ tới 16 cấu hình độc đáo, thiết kế cơ bản của nó vẫn rất đơn giản.

Hai nguyên mẫu hoạt động, TangiGlove và TangiBall, đã chứng minh khả năng thích ứng của hệ thống:

• TangiGlove: Là một bộ xương ngoài dạng chuỗi mở được đeo trên tay, cung cấp các phản hồi về độ cứng và các tín hiệu xúc giác.
• TangiBall: Là một module dạng chuỗi đóng cầm tay, có thể biến hình thành tám hình dạng riêng biệt, bao gồm cả hình khối lập phương và hình cầu, trong khi vẫn cung cấp các phản hồi và độ rung tương tự.

"Các giao diện xúc giác (haptic) có thể nâng cao trải nghiệm thực tế ảo bằng cách mô phỏng cảm giác chạm của thế giới thực, và hỗ trợ phục hồi chức năng thông qua các hệ thống tương tác," ông Serhat Demirtas, một nghiên cứu sinh tiến sĩ và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. "Nhưng có một nhu cầu thực sự về các thiết kế và phương pháp điều khiển có thể tái cấu hình một cách tổng quát hơn."

Tương tác thông minh, không cần lập trình​

Để làm cho hệ thống trở nên thân thiện với người dùng, nhóm nghiên cứu đã mở rộng nền tảng robot mã nguồn mở có tên là Feelix. Nền tảng này cho phép người dùng có thể thiết kế các phản hồi xúc giác tùy chỉnh mà không cần phải viết bất kỳ một dòng mã nào.

Nền tảng này sử dụng học máy (machine learning) để diễn giải cách các module Digits phản ứng với cảm giác chạm và tạo ra các phản hồi trực quan theo thời gian thực. Digits cũng nổi bật bằng cách dựa vào cơ cấu truyền động bằng khí nén, một lĩnh vực thường bị bỏ qua trong công nghệ xúc giác. Các hệ thống chạy bằng khí nén cung cấp khả năng kiểm soát tinh vi đối với hình dạng và độ cứng, giúp mô phỏng các trải nghiệm xúc giác trong thế giới thực với độ chính xác cao.

Những bước tiếp theo trong trị liệu và tương tác​

Dưới sự dẫn dắt của giáo sư Jamie Paik, phòng thí nghiệm có kế hoạch sẽ thử nghiệm khung làm việc của Digits trong các môi trường phục hồi chức năng. Họ nhằm mục đích đánh giá việc sử dụng lâu dài của nó cho việc phục hồi vận động và rèn luyện cơ bắp. Trong khi đó, các cấu hình khác đang được phát triển để sử dụng trong các môi trường thực tế ảo và thực tế tăng cường đắm chìm.

"Mục tiêu của chúng tôi với các module Digits là tái định nghĩa lại sự tương tác giữa người và máy thông qua các robot có thể tái cấu hình, có khả năng thích ứng về hình dạng, độ cứng và phản hồi xúc giác," bà Paik nói. "Sự thích ứng này sẽ hỗ trợ cho một thực tế ảo hữu hình hơn, các liệu pháp phục hồi chức năng hiệu quả hơn, và những trải nghiệm phong phú hơn cho tất cả mọi người—bất kể kích thước, khả năng và nhu cầu của họ."

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí khoa học Advanced Intelligent Systems.