Sussie
Intern Writer
Hệ thống định vị vệ tinh thông qua GPS đã cách mạng hóa cách con người di chuyển trên Trái đất, từ việc lái xe ngắn đến những chuyến bay xuyên lục địa. Tuy nhiên, cả quân đội và dân sự đều có khả năng làm gián đoạn dữ liệu định vị toàn cầu, điều này khiến việc điều hướng chính xác trở nên khó khăn. Trong bối cảnh cuộc xung đột toàn diện của Nga tại Ukraine, cả hai bên đã cho thấy rằng có thể dễ dàng phát tán các thiết bị làm nhiễu tín hiệu, dẫn đến việc các loại vũ khí điều khiển và máy bay không người lái bị lệch hướng. Một bức tranh toàn cầu hàng ngày về việc làm nhiễu GPS cho thấy các hãng hàng không trong không phận hòa bình thường xuyên gặp phải sự gián đoạn trong định vị vệ tinh.
Việc làm nhiễu tín hiệu có nghĩa là làm mất hiệu lực tín hiệu bằng cách bao phủ nó bằng tiếng ồn. Một hình thức gián đoạn tín hiệu khác là giả mạo, diễn ra khi ai đó chèn dữ liệu định hướng giả vào hệ thống để làm lệch hướng máy bay. Mối nguy từ những sự cố này, đang gia tăng trong thập kỷ 2020, đòi hỏi một giải pháp mới mẻ. Một phương thức có thể hữu ích là lấy cảm hứng từ tự nhiên để cung cấp một thay thế không bị gián đoạn cho GPS; đặc biệt là một hệ thống điều hướng tự nhiên giống như của cá voi, chim chóc và các loài động vật di cư khác.
Công ty công nghệ AI SandboxAQ, được tách ra từ Alphabet của Google, cho biết đã tìm ra giải pháp điều hướng khai thác những biến thể tinh tế của từ trường Trái đất. Thiết bị AQNav sử dụng cảm biến lượng tử để đo lường sự thay đổi ở mức nguyên tử, nhằm phát hiện những biến đổi nhỏ trong môi trường. Sau đó, trí tuệ nhân tạo tiên tiến trong hệ thống sẽ diễn giải những dữ liệu thu được. Thiết bị này có khả năng phát hiện các trường từ địa lý độc nhất và ghép chúng với một điểm cụ thể trên bản đồ, xác định vị trí của máy bay trong thời gian thực. Theo SandboxAQ, AQNav gần như không bị ảnh hưởng bởi các can thiệp bên ngoài hoặc thời tiết.
Lực lượng không quân Hoa Kỳ đã triển khai AQNav trên những chiếc máy bay vận tải C-17A hai lần trong năm 2023. Bài thử nghiệm này đã kiểm tra thành công khả năng điều hướng của máy bay mà không cần GPS, bằng cách sử dụng dữ liệu từ trường trong thời gian thực. Tổng cộng, hệ thống này đã trải qua hơn 200 giờ bay trên bốn loại máy bay khác nhau.
Theo Luca Ferrara, Giám đốc Điều hành Navigation tại SandboxAQ, việc làm nhiễu tín hiệu và thời tiết xấu không làm giảm độ chính xác của các cảm biến. Ông cho biết, “Khi bạn đạt đến quy mô tín hiệu phát ra từ vỏ Trái đất, bạn sẽ cần một tín hiệu gián đoạn có sức mạnh tương đương với những cấu trúc địa chất khổng lồ để làm nhiễu nó.” Ông cũng lưu ý rằng dù từ trường Trái đất không cố định, mô hình của nhóm vẫn có thể điều chỉnh cho những rung động và biến dạng do năng lượng mặt trời gây ra.
Dựa trên kết quả của các thử nghiệm vào tháng 8, lực lượng không quân đã cấp thêm kinh phí cho SandboxAQ so với khoản tài trợ ban đầu. Để chuẩn bị cho sản xuất quy mô lớn, kiến trúc của hệ thống cần phải điều chỉnh để thích ứng với nhiều loại tải trọng tùy chỉnh - thường là các hệ thống cảm biến hoặc truyền thông. Vì vậy, quá trình phát triển sẽ tận dụng phòng thí nghiệm nghiên cứu của lực lượng không quân với sản phẩm AgilePod, một loạt các khoang hình vuông 30 inch có thể lắp ráp theo nhiều cấu hình khác nhau.
AQNav có thể được gắn bên ngoài các máy bay lớn như B-52 hay những máy bay tương đối nhỏ như MQ-9. Nó có thể được lắp đặt trong một hộp vuông 2 foot hoặc trên hai khe cắm. SandboxAQ cũng hy vọng sẽ triển khai AQNav trên các hãng hàng không lớn trong tương lai, và đang hợp tác với Boeing và Airbus tại Silicon Valley để thực hiện định vị từ tính.
Con người chỉ bắt đầu sử dụng từ trường của hành tinh chúng ta để di chuyển cách đây chỉ vài trăm năm. Là một công cụ định hướng, la bàn từ lần đầu tiên xuất hiện trong các ghi chép viết vào đầu những năm 1400 trên con tàu của nhà thám hiểm Trung Quốc Zheng He, người đã thực hiện bảy chuyến hải trình lớn.
Trong khi đó, khả năng định hướng từ tính ở động vật đã tồn tại hàng triệu năm hãy hỏi một con cá voi lưng gù. Các nhà khoa học đã quan sát một con cá voi được gắn thiết bị định vị di chuyển gần 2.200 km trong khi chỉ lệch hướng 0.4 độ từ quỹ đạo thẳng. Khả năng này, được gọi là cảm nhận từ tính, xuất hiện ở nhiều loài động vật khác nhau từ cá mập và chim di trú đến kiến và động vật thân mềm.
Không có sự đồng thuận về cách mà động vật cảm nhận các trường từ, một số lý thuyết cho rằng đó là do sự tương tác lượng tử mà trong đó các trường từ ảnh hưởng đến phản ứng hóa học của cơ thể. Trong khi đó, những người khác cho rằng cơ thể của những loài này có cụm nhạy cảm như la bàn đối với các hạt magnetit phong phú sắt.
Dù nó hoạt động như thế nào trong tự nhiên, thiết kế của AQNav tạo ra kết quả tương tự. Nó sử dụng các cảm biến từ tính được bơm quang, dùng ánh sáng laser để phân cực các nguyên tử trong một khí. Điều này làm thay đổi trạng thái năng lượng của chúng để đáp ứng với từ trường xung quanh. Những thay đổi này được đo lường và chuyển đổi thành dữ liệu để có thể ghép với một vị trí cụ thể đã biết trên Trái đất.
Một cảm biến nhạy cảm không đủ. Hệ thống cũng cần phải lọc tiếng ồn và điều chỉnh cho các bất thường, bao gồm cả những gì mà sự thay đổi nhiệt độ và dòng điện gây ra. Cuối cùng, trí tuệ nhân tạo là yếu tố giúp hệ thống đủ thông minh để chính xác.
AI giúp phân tích tín hiệu từ mọi can thiệp, như Jen Sovada, một cựu đại tá không quân hiện đang phục vụ với vai trò Tổng Giám đốc Khu vực Công tại SandboxAQ, giải thích. “Chúng tôi đã phân loại và hiểu cái gì là tín hiệu, và chúng tôi có khả năng trừ đi tiếng ồn, bao gồm cả những gì mà cơ thể máy bay gây ra hoặc, ví dụ, một chiếc điện thoại trong túi của bạn. Thậm chí nếu chúng tôi đặt một nam châm lên cảm biến, nó cũng sẽ biết cái gì lẽ ra phải có ở đó.”
Rõ ràng rằng các hệ thống định hướng của con người dường như cần đến AI. Tuy nhiên, cách cá voi vẫn có thể điều hướng hàng ngàn dặm với độ chính xác gần như hoàn hảo vẫn khiến các nhà khoa học bối rối. Nếu chỉ có trường từ là sự hướng dẫn của chúng, thì những biến động trong trường từ sẽ khiến cá voi lệch hướng, có thể lên tới 12 độ so với “phương Bắc thật.” Rõ ràng, cá voi đang điều chỉnh cho hiện tượng này, có thể là bằng cách bù đắp cho những lỗi hoặc sử dụng các giác quan khác như quan sát vị trí của mặt trời.
AI có thể giúp với một mức độ nhận diện mẫu mà con người không thể làm được, Ferrara giải thích. Thiết kế của AQNav kết hợp kiến thức vật lý vào AI, giúp các cảm biến cung cấp dữ liệu bản đồ từ chi tiết, bao gồm cả các hiện tượng bất ngờ. AQNav đang thu thập dữ liệu mới với mỗi thử nghiệm bay để tạo ra một bản đồ từ tính chi tiết. Hiện tại, AQNav được định hướng cho các máy bay lớn với vốn đầu tư cao, có thể là từ những máy bay không người lái quân sự đắt tiền đến các hãng hàng không dân dụng. Công ty lạc quan rằng khi chi phí của các cảm biến lượng tử giảm khi chúng được áp dụng rộng rãi, AQNav có thể được sử dụng cho các loại máy bay nhỏ hơn và rẻ hơn.
Tuy nhiên, định hướng ngầm cũng có thể hưởng lợi từ một cảm biến từ lượng tử giống như AQNav, theo SandboxAQ. Việc định vị những tàu ngầm ở độ sâu là rất khó, vì chúng nằm ngoài tầm với của hầu hết tín hiệu GPS.
Các nhà nghiên cứu tại Trung Quốc và Úc đã nghiên cứu các ứng dụng của cảm biến từ lượng tử cho chiến tranh dưới biển trong nhiều năm—cả cho định hướng, truyền thông và để phát hiện tàu ngầm nào có thể đang ở độ sâu vài dặm. Những cảm biến này có thể được lắp đặt trên đáy biển để làm một dạng tín hiệu cảnh báo cho việc phát hiện tàu ngầm xâm nhập.
Thách thức chính đối với những ứng dụng lý thuyết này sẽ tương tự như đối với máy bay—lọc ra tín hiệu từ tiếng ồn. (popularmechanics)
Việc làm nhiễu tín hiệu có nghĩa là làm mất hiệu lực tín hiệu bằng cách bao phủ nó bằng tiếng ồn. Một hình thức gián đoạn tín hiệu khác là giả mạo, diễn ra khi ai đó chèn dữ liệu định hướng giả vào hệ thống để làm lệch hướng máy bay. Mối nguy từ những sự cố này, đang gia tăng trong thập kỷ 2020, đòi hỏi một giải pháp mới mẻ. Một phương thức có thể hữu ích là lấy cảm hứng từ tự nhiên để cung cấp một thay thế không bị gián đoạn cho GPS; đặc biệt là một hệ thống điều hướng tự nhiên giống như của cá voi, chim chóc và các loài động vật di cư khác.
Công ty công nghệ AI SandboxAQ, được tách ra từ Alphabet của Google, cho biết đã tìm ra giải pháp điều hướng khai thác những biến thể tinh tế của từ trường Trái đất. Thiết bị AQNav sử dụng cảm biến lượng tử để đo lường sự thay đổi ở mức nguyên tử, nhằm phát hiện những biến đổi nhỏ trong môi trường. Sau đó, trí tuệ nhân tạo tiên tiến trong hệ thống sẽ diễn giải những dữ liệu thu được. Thiết bị này có khả năng phát hiện các trường từ địa lý độc nhất và ghép chúng với một điểm cụ thể trên bản đồ, xác định vị trí của máy bay trong thời gian thực. Theo SandboxAQ, AQNav gần như không bị ảnh hưởng bởi các can thiệp bên ngoài hoặc thời tiết.
Lực lượng không quân Hoa Kỳ đã triển khai AQNav trên những chiếc máy bay vận tải C-17A hai lần trong năm 2023. Bài thử nghiệm này đã kiểm tra thành công khả năng điều hướng của máy bay mà không cần GPS, bằng cách sử dụng dữ liệu từ trường trong thời gian thực. Tổng cộng, hệ thống này đã trải qua hơn 200 giờ bay trên bốn loại máy bay khác nhau.
Theo Luca Ferrara, Giám đốc Điều hành Navigation tại SandboxAQ, việc làm nhiễu tín hiệu và thời tiết xấu không làm giảm độ chính xác của các cảm biến. Ông cho biết, “Khi bạn đạt đến quy mô tín hiệu phát ra từ vỏ Trái đất, bạn sẽ cần một tín hiệu gián đoạn có sức mạnh tương đương với những cấu trúc địa chất khổng lồ để làm nhiễu nó.” Ông cũng lưu ý rằng dù từ trường Trái đất không cố định, mô hình của nhóm vẫn có thể điều chỉnh cho những rung động và biến dạng do năng lượng mặt trời gây ra.
Dựa trên kết quả của các thử nghiệm vào tháng 8, lực lượng không quân đã cấp thêm kinh phí cho SandboxAQ so với khoản tài trợ ban đầu. Để chuẩn bị cho sản xuất quy mô lớn, kiến trúc của hệ thống cần phải điều chỉnh để thích ứng với nhiều loại tải trọng tùy chỉnh - thường là các hệ thống cảm biến hoặc truyền thông. Vì vậy, quá trình phát triển sẽ tận dụng phòng thí nghiệm nghiên cứu của lực lượng không quân với sản phẩm AgilePod, một loạt các khoang hình vuông 30 inch có thể lắp ráp theo nhiều cấu hình khác nhau.
AQNav có thể được gắn bên ngoài các máy bay lớn như B-52 hay những máy bay tương đối nhỏ như MQ-9. Nó có thể được lắp đặt trong một hộp vuông 2 foot hoặc trên hai khe cắm. SandboxAQ cũng hy vọng sẽ triển khai AQNav trên các hãng hàng không lớn trong tương lai, và đang hợp tác với Boeing và Airbus tại Silicon Valley để thực hiện định vị từ tính.
Con người chỉ bắt đầu sử dụng từ trường của hành tinh chúng ta để di chuyển cách đây chỉ vài trăm năm. Là một công cụ định hướng, la bàn từ lần đầu tiên xuất hiện trong các ghi chép viết vào đầu những năm 1400 trên con tàu của nhà thám hiểm Trung Quốc Zheng He, người đã thực hiện bảy chuyến hải trình lớn.
Trong khi đó, khả năng định hướng từ tính ở động vật đã tồn tại hàng triệu năm hãy hỏi một con cá voi lưng gù. Các nhà khoa học đã quan sát một con cá voi được gắn thiết bị định vị di chuyển gần 2.200 km trong khi chỉ lệch hướng 0.4 độ từ quỹ đạo thẳng. Khả năng này, được gọi là cảm nhận từ tính, xuất hiện ở nhiều loài động vật khác nhau từ cá mập và chim di trú đến kiến và động vật thân mềm.
Không có sự đồng thuận về cách mà động vật cảm nhận các trường từ, một số lý thuyết cho rằng đó là do sự tương tác lượng tử mà trong đó các trường từ ảnh hưởng đến phản ứng hóa học của cơ thể. Trong khi đó, những người khác cho rằng cơ thể của những loài này có cụm nhạy cảm như la bàn đối với các hạt magnetit phong phú sắt.
Dù nó hoạt động như thế nào trong tự nhiên, thiết kế của AQNav tạo ra kết quả tương tự. Nó sử dụng các cảm biến từ tính được bơm quang, dùng ánh sáng laser để phân cực các nguyên tử trong một khí. Điều này làm thay đổi trạng thái năng lượng của chúng để đáp ứng với từ trường xung quanh. Những thay đổi này được đo lường và chuyển đổi thành dữ liệu để có thể ghép với một vị trí cụ thể đã biết trên Trái đất.
Một cảm biến nhạy cảm không đủ. Hệ thống cũng cần phải lọc tiếng ồn và điều chỉnh cho các bất thường, bao gồm cả những gì mà sự thay đổi nhiệt độ và dòng điện gây ra. Cuối cùng, trí tuệ nhân tạo là yếu tố giúp hệ thống đủ thông minh để chính xác.
AI giúp phân tích tín hiệu từ mọi can thiệp, như Jen Sovada, một cựu đại tá không quân hiện đang phục vụ với vai trò Tổng Giám đốc Khu vực Công tại SandboxAQ, giải thích. “Chúng tôi đã phân loại và hiểu cái gì là tín hiệu, và chúng tôi có khả năng trừ đi tiếng ồn, bao gồm cả những gì mà cơ thể máy bay gây ra hoặc, ví dụ, một chiếc điện thoại trong túi của bạn. Thậm chí nếu chúng tôi đặt một nam châm lên cảm biến, nó cũng sẽ biết cái gì lẽ ra phải có ở đó.”
Rõ ràng rằng các hệ thống định hướng của con người dường như cần đến AI. Tuy nhiên, cách cá voi vẫn có thể điều hướng hàng ngàn dặm với độ chính xác gần như hoàn hảo vẫn khiến các nhà khoa học bối rối. Nếu chỉ có trường từ là sự hướng dẫn của chúng, thì những biến động trong trường từ sẽ khiến cá voi lệch hướng, có thể lên tới 12 độ so với “phương Bắc thật.” Rõ ràng, cá voi đang điều chỉnh cho hiện tượng này, có thể là bằng cách bù đắp cho những lỗi hoặc sử dụng các giác quan khác như quan sát vị trí của mặt trời.
AI có thể giúp với một mức độ nhận diện mẫu mà con người không thể làm được, Ferrara giải thích. Thiết kế của AQNav kết hợp kiến thức vật lý vào AI, giúp các cảm biến cung cấp dữ liệu bản đồ từ chi tiết, bao gồm cả các hiện tượng bất ngờ. AQNav đang thu thập dữ liệu mới với mỗi thử nghiệm bay để tạo ra một bản đồ từ tính chi tiết. Hiện tại, AQNav được định hướng cho các máy bay lớn với vốn đầu tư cao, có thể là từ những máy bay không người lái quân sự đắt tiền đến các hãng hàng không dân dụng. Công ty lạc quan rằng khi chi phí của các cảm biến lượng tử giảm khi chúng được áp dụng rộng rãi, AQNav có thể được sử dụng cho các loại máy bay nhỏ hơn và rẻ hơn.
Tuy nhiên, định hướng ngầm cũng có thể hưởng lợi từ một cảm biến từ lượng tử giống như AQNav, theo SandboxAQ. Việc định vị những tàu ngầm ở độ sâu là rất khó, vì chúng nằm ngoài tầm với của hầu hết tín hiệu GPS.
Các nhà nghiên cứu tại Trung Quốc và Úc đã nghiên cứu các ứng dụng của cảm biến từ lượng tử cho chiến tranh dưới biển trong nhiều năm—cả cho định hướng, truyền thông và để phát hiện tàu ngầm nào có thể đang ở độ sâu vài dặm. Những cảm biến này có thể được lắp đặt trên đáy biển để làm một dạng tín hiệu cảnh báo cho việc phát hiện tàu ngầm xâm nhập.
Thách thức chính đối với những ứng dụng lý thuyết này sẽ tương tự như đối với máy bay—lọc ra tín hiệu từ tiếng ồn. (popularmechanics)
