Linh Pham
Intern Writer
Trong bộ phim khoa học viễn tưởng Stealth năm 2005, Không quân Hoa Kỳ sở hữu một cỗ máy chiến tranh hiện đại: một máy bay chiến đấu tàng hình không cần phi công. Nó có thể bay tự động bằng trí tuệ nhân tạo tiên tiến và xâm nhập hệ thống phòng thủ của kẻ thù nhờ công nghệ tàng hình.
Vào thời điểm đó, hình dung của mọi người về "máy bay tàng hình" chủ yếu xuất phát từ radar, vật liệu và khí động học, tức là làm cho máy bay tránh bị phát hiện và trở nên vô hình đối với kẻ thù. Nhưng 20 năm sau, một nhóm các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm một loại "vô hình" hoàn toàn khác: thay vì làm cho máy bay không người lái tránh radar, họ đang cố gắng làm cho chúng đánh lừa mắt người.
Mới đây, một nhóm nghiên cứu từ Đại học Northwestern đã giới thiệu một robot có tên Phantom Twist tại Hội nghị Khoa học và Hệ thống Robot năm 2026 ở Sydney.Chiếc máy bay không người lái này không sử dụng vật liệu trong suốt hay có lớp phủ đặc biệt nào. Nó chỉ đơn giản là quay với tốc độ cao, làm mờ hình dạng của chính nó và cuối cùng mất đi đường nét rõ ràng trong mắt người quan sát.
Phantom Twist đang bay, gần như trong suốt
Do đó, nói một cách chính xác, đây không phải là một máy bay không người lái thực sự "vô hình". Nó sẽ không biến mất hoàn toàn khỏi bầu trời như máy bay chiến đấu tàng hình trong phim khoa học viễn tưởng, cũng không thể tránh khỏi radar, tia hồng ngoại hoặc các cảm biến khác. Nhưng nó thể hiện một khả năng mới: các cỗ máy trong tương lai có thể không nhất thiết phải thay đổi đặc tính của chính chúng, mà có thể giảm sự hiện diện bằng cách thay đổi cách người quan sát thu thập thông tin.
Nghiên cứu này do Michael Rubenstein, phó giáo sư tại Đại học Northwestern, dẫn đầu. Ông tập trung vào việc điều khiển và thiết kế các hệ thống đa robot, robot tập thể, robot tự lắp ráp/tự sửa chữa, robot mô-đun và các đàn robot quy mô lớn.
Làm thế nào một chiếc máy bay không người lái đang quay có thể "biến mất" khỏi tầm nhìn của mọi người?
Phantom Twist khai thác một hạn chế vốn có của hệ thống thị giác con người. Trước khi mắt người gửi tín hiệu thị giác của toàn bộ khung cảnh đến não để xử lý, nó cần một khoảng thời gian (thường khoảng 100 mili giây) để tích hợp hình ảnh mà nó nhìn thấy. Nếu các vật thể chuyển động đủ nhanh, mắt buộc phải "trung bình hóa" chuyển động trong khoảng thời gian này, hòa trộn nó với nền và tạo ra một vệt mờ trong suốt - một hiện tượng được gọi là hiện tượng lưu ảnh thị giác.
Ví dụ phổ biến nhất trong cuộc sống là các cánh quạt quay tốc độ cao: các cánh quạt không biến mất, nhưng hệ thống thị giác của con người không thể theo kịp các chi tiết chuyển động của chúng, vì vậy chúng dần dần thay đổi từ cấu trúc rõ nét thành hình ảnh mờ. Con quay Phantom Twist sử dụng cơ chế này. Nó quay với tốc độ từ 15 đến 25 vòng/giây và chỉ nặng 30 gram.
Nhưng làm thế nào để điều khiển chính xác một chiếc máy bay không người lái đang quay liên tục?
Các máy bay không người lái truyền thống thường dựa vào sự thay đổi tốc độ quay của nhiều cánh quạt để điều khiển hướng. Ví dụ, máy bay không người lái quadcopter nghiêng thân máy bằng cách điều chỉnh tốc độ của các động cơ khác nhau, từ đó đạt được chuyển động tiến, quay và bay lơ lửng. Tuy nhiên, Phantom Twist hoàn toàn khác: nó chỉ có một động cơ và một cánh quạt, không có bề mặt điều khiển. Cánh quạt quay theo một hướng, trong khi phần còn lại của thân máy bay quay theo hướng ngược lại.
Nguyên lý điều khiển của nó như sau: toàn bộ máy bay quay liên tục, và hệ thống sẽ tăng hoặc giảm tốc độ động cơ trong thời gian ngắn tại những thời điểm cụ thể trong mỗi vòng quay, từ đó thay đổi sự phân bố lực và khiến máy bay không người lái lệch nhẹ về một hướng nhất định. Vì thân máy bay liên tục quay, sự thay đổi lực đẩy tức thời này được phân bổ theo các hướng khác nhau, tích lũy thành chuyển động tịnh tiến có thể điều khiển được. Việc điều khiển độ cao thậm chí còn trực tiếp hơn; bằng cách điều chỉnh lực đẩy tổng thể của các động cơ, máy bay không người lái có thể bay lên hoặc hạ xuống.
Về cấu trúc, Phantom Twist cũng cực kỳ tối giản: nó không có khung thân máy bay truyền thống, chủ yếu dựa vào các thanh sợi carbon để kết nối một số bộ phận cốt lõi—động cơ và cánh quạt, pin, bộ điều khiển, đối trọng và một đầu nối để phóng bằng tay. Trong tương lai, đối trọng thậm chí có thể được thay thế bằng pin hoặc cảm biến bổ sung.
Trí tuệ nhân tạo đã thiết kế 20.000 giải pháp để tìm ra cấu trúc "khó nhìn thấy nhất".
Thử thách thực sự với Phantom Twist không phải là làm cho máy bay không người lái có thể xoay, mà là đảm bảo hiệu suất bay trong khi vẫn giữ được tính kín đáo tối đa. Điều này có nghĩa là phải xem xét rất nhiều biến số trong giai đoạn thiết kế: Các bộ phận nên được đặt ở đâu? Cấu trúc nào sẽ tăng khả năng quan sát? Làm thế nào để cân bằng giữa sự ổn định khi bay, trọng lượng và độ cân bằng?
Do đó, nhóm nghiên cứu đã sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) cho thiết kế. Đầu tiên, họ lập ra một tập hợp khoảng 20.000 phương án cấu trúc máy bay không người lái đáp ứng các điều kiện bay cơ bản; sau đó, họ mô phỏng tư thế bay xoay của từng phương án và chồng ghép nó lên 100 hình ảnh nền thực tế để tái tạo hình dáng thực tế của máy bay trong các môi trường khác nhau.
Tiếp theo, một chỉ số nhận thức gọi là Độ tương đồng mảng nhận thức học tập (LPIPS), mô phỏng thị giác con người, được sử dụng để chấm điểm từng giải pháp. Cụ thể, sự khác biệt giữa "nền máy bay không người lái" và "nền có máy bay không người lái đang xoay được chồng lên" đã được so sánh. Sự khác biệt càng nhỏ, việc phát hiện máy bay không người lái càng khó. Cuối cùng, nhóm nghiên cứu đã chọn ra 500 giải pháp ứng cử viên có điểm số thấp nhất và sử dụng thuật toán để liên tục tinh chỉnh vị trí của các thành phần nhằm giảm điểm số khả năng hiển thị hơn nữa và dần dần tiến đến giải pháp tối ưu.
Hình ảnh cho thấy hai máy bay không người lái Phantom Twist và các thiết bị phóng cầm tay của chúng (Nguồn: Đại học Northwestern)
Thiết kế cuối cùng phân bổ các bộ phận xung quanh máy bay không người lái ở các độ cao và góc độ khác nhau, chừa đủ không gian giữa chúng để tránh chồng chéo trong quá trình quay. Kết quả là, khi chuyển động của tất cả các bộ phận hòa quyện vào nhau, máy bay không người lái không còn hiện ra như một hình dạng rõ ràng nữa, mà giống như một đám mây mờ ảo, bán trong suốt.
Trong khi đó, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng cấu trúc cuối cùng được thuật toán lựa chọn thực chất tuân theo một trực giác đơn giản: tránh sự chồng chéo đáng kể giữa các bộ phận trong quá trình quay càng nhiều càng tốt, và giảm số lượng các thành phần gần tâm quay, bởi vì những vị trí này dễ làm lộ hình dạng của máy bay không người lái hơn.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, trong số khoảng 20.000 thiết kế ứng cử viên ban đầu, phiên bản cuối cùng đạt điểm khác biệt trực quan là 0,0104 trên thang đo LPIPS. Ngược lại, phiên bản do con người thiết kế dễ nhận thấy hơn đáng kể, với điểm LPIPS khoảng 0,2.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng Phantom Twist vẫn còn một chặng đường dài để trở thành một "máy bay không người lái tàng hình" thực sự. Hiện tại, nó vẫn là một công nghệ thử nghiệm.
Thứ nhất, nó chỉ có thể giảm khả năng nhìn thấy bằng mắt thường, chứ không thể che giấu các tín hiệu khác. Tiếng ồn cánh quạt do máy bay không người lái tạo ra trong quá trình hoạt động vẫn có thể nhận thấy; ngoài ra, các dây dẫn và thanh sợi carbon nối các bộ phận khác nhau cũng sẽ lộ ra hình dạng của chúng ở một số góc độ nhất định. Nhóm nghiên cứu cho biết trong tương lai, sự hiện diện của máy bay không người lái có thể được giảm thiểu hơn nữa thông qua các vật liệu trong suốt hơn, thiết kế cấu trúc được tối ưu hóa hơn và hệ thống đẩy êm hơn.
Mặt khác, hiện tại Phantom Twist dựa vào hệ thống theo dõi quang học bên ngoài để điều khiển chính xác, có nghĩa là nó vẫn chưa đạt được khả năng bay tự động hoàn toàn như các máy bay không người lái dân dụng thông thường trong môi trường mở. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tin rằng cấu trúc xoay này vẫn còn tiềm năng phát triển hơn nữa.
So với các loại máy bay không người lái truyền thống, ứng dụng đáng chú ý hơn của Phantom Twist là quan sát động vật hoang dã .
Trong môi trường tự nhiên, động vật rất nhạy cảm với những vật thể lạ. Khi một máy bay không người lái thông thường tiếp cận, âm thanh của cánh quạt, hình dạng và thậm chí cả đường bay của nó đều có thể làm thay đổi hành vi của động vật. Nếu máy bay không người lái có thể giảm thiểu sự hiện diện trực quan của chúng, chúng có thể tiến hành quan sát kỹ hơn trong môi trường tự nhiên, thu được dữ liệu chính xác hơn.
Rubinstein cho biết ông đặc biệt mong chờ việc ứng dụng các robot ít gây nhiễu như vậy trong việc giám sát động vật hoang dã. Theo ông, các robot trong tương lai sẽ không nhất thiết phải xâm nhập và thay đổi môi trường để hoàn thành nhiệm vụ; chúng cũng có thể học cách hòa nhập vào môi trường một cách lặng lẽ hơn.
Vào thời điểm đó, hình dung của mọi người về "máy bay tàng hình" chủ yếu xuất phát từ radar, vật liệu và khí động học, tức là làm cho máy bay tránh bị phát hiện và trở nên vô hình đối với kẻ thù. Nhưng 20 năm sau, một nhóm các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm một loại "vô hình" hoàn toàn khác: thay vì làm cho máy bay không người lái tránh radar, họ đang cố gắng làm cho chúng đánh lừa mắt người.
Mới đây, một nhóm nghiên cứu từ Đại học Northwestern đã giới thiệu một robot có tên Phantom Twist tại Hội nghị Khoa học và Hệ thống Robot năm 2026 ở Sydney.Chiếc máy bay không người lái này không sử dụng vật liệu trong suốt hay có lớp phủ đặc biệt nào. Nó chỉ đơn giản là quay với tốc độ cao, làm mờ hình dạng của chính nó và cuối cùng mất đi đường nét rõ ràng trong mắt người quan sát.
Do đó, nói một cách chính xác, đây không phải là một máy bay không người lái thực sự "vô hình". Nó sẽ không biến mất hoàn toàn khỏi bầu trời như máy bay chiến đấu tàng hình trong phim khoa học viễn tưởng, cũng không thể tránh khỏi radar, tia hồng ngoại hoặc các cảm biến khác. Nhưng nó thể hiện một khả năng mới: các cỗ máy trong tương lai có thể không nhất thiết phải thay đổi đặc tính của chính chúng, mà có thể giảm sự hiện diện bằng cách thay đổi cách người quan sát thu thập thông tin.
Nghiên cứu này do Michael Rubenstein, phó giáo sư tại Đại học Northwestern, dẫn đầu. Ông tập trung vào việc điều khiển và thiết kế các hệ thống đa robot, robot tập thể, robot tự lắp ráp/tự sửa chữa, robot mô-đun và các đàn robot quy mô lớn.
Làm thế nào một chiếc máy bay không người lái đang quay có thể "biến mất" khỏi tầm nhìn của mọi người?
Phantom Twist khai thác một hạn chế vốn có của hệ thống thị giác con người. Trước khi mắt người gửi tín hiệu thị giác của toàn bộ khung cảnh đến não để xử lý, nó cần một khoảng thời gian (thường khoảng 100 mili giây) để tích hợp hình ảnh mà nó nhìn thấy. Nếu các vật thể chuyển động đủ nhanh, mắt buộc phải "trung bình hóa" chuyển động trong khoảng thời gian này, hòa trộn nó với nền và tạo ra một vệt mờ trong suốt - một hiện tượng được gọi là hiện tượng lưu ảnh thị giác.
Ví dụ phổ biến nhất trong cuộc sống là các cánh quạt quay tốc độ cao: các cánh quạt không biến mất, nhưng hệ thống thị giác của con người không thể theo kịp các chi tiết chuyển động của chúng, vì vậy chúng dần dần thay đổi từ cấu trúc rõ nét thành hình ảnh mờ. Con quay Phantom Twist sử dụng cơ chế này. Nó quay với tốc độ từ 15 đến 25 vòng/giây và chỉ nặng 30 gram.
Nhưng làm thế nào để điều khiển chính xác một chiếc máy bay không người lái đang quay liên tục?
Các máy bay không người lái truyền thống thường dựa vào sự thay đổi tốc độ quay của nhiều cánh quạt để điều khiển hướng. Ví dụ, máy bay không người lái quadcopter nghiêng thân máy bằng cách điều chỉnh tốc độ của các động cơ khác nhau, từ đó đạt được chuyển động tiến, quay và bay lơ lửng. Tuy nhiên, Phantom Twist hoàn toàn khác: nó chỉ có một động cơ và một cánh quạt, không có bề mặt điều khiển. Cánh quạt quay theo một hướng, trong khi phần còn lại của thân máy bay quay theo hướng ngược lại.
Nguyên lý điều khiển của nó như sau: toàn bộ máy bay quay liên tục, và hệ thống sẽ tăng hoặc giảm tốc độ động cơ trong thời gian ngắn tại những thời điểm cụ thể trong mỗi vòng quay, từ đó thay đổi sự phân bố lực và khiến máy bay không người lái lệch nhẹ về một hướng nhất định. Vì thân máy bay liên tục quay, sự thay đổi lực đẩy tức thời này được phân bổ theo các hướng khác nhau, tích lũy thành chuyển động tịnh tiến có thể điều khiển được. Việc điều khiển độ cao thậm chí còn trực tiếp hơn; bằng cách điều chỉnh lực đẩy tổng thể của các động cơ, máy bay không người lái có thể bay lên hoặc hạ xuống.
Về cấu trúc, Phantom Twist cũng cực kỳ tối giản: nó không có khung thân máy bay truyền thống, chủ yếu dựa vào các thanh sợi carbon để kết nối một số bộ phận cốt lõi—động cơ và cánh quạt, pin, bộ điều khiển, đối trọng và một đầu nối để phóng bằng tay. Trong tương lai, đối trọng thậm chí có thể được thay thế bằng pin hoặc cảm biến bổ sung.
Trí tuệ nhân tạo đã thiết kế 20.000 giải pháp để tìm ra cấu trúc "khó nhìn thấy nhất".
Thử thách thực sự với Phantom Twist không phải là làm cho máy bay không người lái có thể xoay, mà là đảm bảo hiệu suất bay trong khi vẫn giữ được tính kín đáo tối đa. Điều này có nghĩa là phải xem xét rất nhiều biến số trong giai đoạn thiết kế: Các bộ phận nên được đặt ở đâu? Cấu trúc nào sẽ tăng khả năng quan sát? Làm thế nào để cân bằng giữa sự ổn định khi bay, trọng lượng và độ cân bằng?
Do đó, nhóm nghiên cứu đã sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) cho thiết kế. Đầu tiên, họ lập ra một tập hợp khoảng 20.000 phương án cấu trúc máy bay không người lái đáp ứng các điều kiện bay cơ bản; sau đó, họ mô phỏng tư thế bay xoay của từng phương án và chồng ghép nó lên 100 hình ảnh nền thực tế để tái tạo hình dáng thực tế của máy bay trong các môi trường khác nhau.
Tiếp theo, một chỉ số nhận thức gọi là Độ tương đồng mảng nhận thức học tập (LPIPS), mô phỏng thị giác con người, được sử dụng để chấm điểm từng giải pháp. Cụ thể, sự khác biệt giữa "nền máy bay không người lái" và "nền có máy bay không người lái đang xoay được chồng lên" đã được so sánh. Sự khác biệt càng nhỏ, việc phát hiện máy bay không người lái càng khó. Cuối cùng, nhóm nghiên cứu đã chọn ra 500 giải pháp ứng cử viên có điểm số thấp nhất và sử dụng thuật toán để liên tục tinh chỉnh vị trí của các thành phần nhằm giảm điểm số khả năng hiển thị hơn nữa và dần dần tiến đến giải pháp tối ưu.
Thiết kế cuối cùng phân bổ các bộ phận xung quanh máy bay không người lái ở các độ cao và góc độ khác nhau, chừa đủ không gian giữa chúng để tránh chồng chéo trong quá trình quay. Kết quả là, khi chuyển động của tất cả các bộ phận hòa quyện vào nhau, máy bay không người lái không còn hiện ra như một hình dạng rõ ràng nữa, mà giống như một đám mây mờ ảo, bán trong suốt.
Trong khi đó, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng cấu trúc cuối cùng được thuật toán lựa chọn thực chất tuân theo một trực giác đơn giản: tránh sự chồng chéo đáng kể giữa các bộ phận trong quá trình quay càng nhiều càng tốt, và giảm số lượng các thành phần gần tâm quay, bởi vì những vị trí này dễ làm lộ hình dạng của máy bay không người lái hơn.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, trong số khoảng 20.000 thiết kế ứng cử viên ban đầu, phiên bản cuối cùng đạt điểm khác biệt trực quan là 0,0104 trên thang đo LPIPS. Ngược lại, phiên bản do con người thiết kế dễ nhận thấy hơn đáng kể, với điểm LPIPS khoảng 0,2.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng Phantom Twist vẫn còn một chặng đường dài để trở thành một "máy bay không người lái tàng hình" thực sự. Hiện tại, nó vẫn là một công nghệ thử nghiệm.
Thứ nhất, nó chỉ có thể giảm khả năng nhìn thấy bằng mắt thường, chứ không thể che giấu các tín hiệu khác. Tiếng ồn cánh quạt do máy bay không người lái tạo ra trong quá trình hoạt động vẫn có thể nhận thấy; ngoài ra, các dây dẫn và thanh sợi carbon nối các bộ phận khác nhau cũng sẽ lộ ra hình dạng của chúng ở một số góc độ nhất định. Nhóm nghiên cứu cho biết trong tương lai, sự hiện diện của máy bay không người lái có thể được giảm thiểu hơn nữa thông qua các vật liệu trong suốt hơn, thiết kế cấu trúc được tối ưu hóa hơn và hệ thống đẩy êm hơn.
Mặt khác, hiện tại Phantom Twist dựa vào hệ thống theo dõi quang học bên ngoài để điều khiển chính xác, có nghĩa là nó vẫn chưa đạt được khả năng bay tự động hoàn toàn như các máy bay không người lái dân dụng thông thường trong môi trường mở. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tin rằng cấu trúc xoay này vẫn còn tiềm năng phát triển hơn nữa.
So với các loại máy bay không người lái truyền thống, ứng dụng đáng chú ý hơn của Phantom Twist là quan sát động vật hoang dã .
Trong môi trường tự nhiên, động vật rất nhạy cảm với những vật thể lạ. Khi một máy bay không người lái thông thường tiếp cận, âm thanh của cánh quạt, hình dạng và thậm chí cả đường bay của nó đều có thể làm thay đổi hành vi của động vật. Nếu máy bay không người lái có thể giảm thiểu sự hiện diện trực quan của chúng, chúng có thể tiến hành quan sát kỹ hơn trong môi trường tự nhiên, thu được dữ liệu chính xác hơn.
Rubinstein cho biết ông đặc biệt mong chờ việc ứng dụng các robot ít gây nhiễu như vậy trong việc giám sát động vật hoang dã. Theo ông, các robot trong tương lai sẽ không nhất thiết phải xâm nhập và thay đổi môi trường để hoàn thành nhiệm vụ; chúng cũng có thể học cách hòa nhập vào môi trường một cách lặng lẽ hơn.
