Mai Nhung
Writer
Tiến sĩ Phan Hoàng Vũ, 39 tuổi, một nhà nghiên cứu người Việt đang làm việc tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Lausanne (EPFL), cùng các cộng sự vừa công bố một thành tựu ấn tượng trong lĩnh vực robot mô phỏng sinh học. Họ đã phát triển thành công một robot siêu nhỏ, bay bằng cách đập cánh như côn trùng, với một cơ chế bung và gập cánh thụ động hoàn toàn mới lạ, lấy cảm hứng từ loài bọ cánh cứng. Công trình này vừa được công bố trên tạp chí khoa học danh tiếng Nature.
Giải mã cú bung cánh của bọ cánh cứng
Ý tưởng bắt nguồn từ năm 2020, khi TS Vũ tình cờ quan sát và bị cuốn hút bởi cơ chế bung cánh nhiều pha phức tạp của loài bọ cánh cứng sừng chữ Y (khá phổ biến ở Hàn Quốc, nơi anh làm nghiên cứu sinh). Anh tự hỏi tại sao chúng lại cần một quy trình phức tạp như vậy và mang theo câu hỏi đó khi chuyển đến phòng thí nghiệm Hệ thống thông minh của Giáo sư Dario Floreano tại EPFL vào năm 2021.
Sau khi thuyết phục được GS Floreano và hợp tác trở lại với phòng thí nghiệm của GS Hoon Cheol Park (Đại học Konkuk, Hàn Quốc), nhóm nghiên cứu đã giải mã được nguyên lý và phát triển một cơ chế cơ học thông minh cho robot côn trùng của mình. Thay vì dùng các động cơ hay cơ cấu truyền động phức tạp để điều khiển việc gập/mở cánh, robot của TS Vũ sử dụng cơ chế thụ động: cánh tự bung ra khi robot bắt đầu đập cánh nhờ lực ly tâm, và tự động thu gọn lại khi ngừng bay nhờ một sợi dây đàn hồi nhỏ gắn ở chân cánh (thay thế cho cặp cánh cứng bảo vệ của bọ thật).
Thiết kế này mang lại lợi ích kép: vừa giúp robot giữ được trọng lượng siêu nhẹ (chỉ 16 gram) không ảnh hưởng đến hiệu suất bay (có thể bay tối đa 9 phút trong các thử nghiệm không dây), vừa bảo vệ được đôi cánh mỏng manh và tăng tính linh hoạt khi robot cần hạ cánh hoặc di chuyển trong không gian hẹp, phức tạp.
Tiềm năng ứng dụng rộng rãi
Robot côn trùng nhỏ này, với kích thước chỉ bằng lòng bàn tay và khả năng bay lượn linh hoạt nhờ cơ chế điều khiển chênh lệch lực khí động giữa hai cánh (giống côn trùng thật), được kỳ vọng sẽ có nhiều ứng dụng thực tiễn. "Chúng tôi hướng ứng dụng công nghệ robot bay này giám sát môi trường rừng hoặc tìm kiếm cứu nạn tại khu vực đổ nát sau thiên tai (động đất, sạt lở) - nơi con người không thể tiếp cận," TS Vũ chia sẻ.
TS Phan Hoàng Vũ
Ngoài ra, với khả năng bay gần như không gây tiếng động, chúng còn có thể ứng dụng trong quốc phòng, an ninh (giám sát, trinh sát tầm gần), nông nghiệp thông minh (thụ phấn nhân tạo, theo dõi dịch bệnh) hoặc hỗ trợ các nhà sinh vật học thu thập dữ liệu môi trường.
Các chuyên gia hàng đầu cũng đánh giá cao thành tựu này. GS Hoon Cheol Park gọi đây là "robot cánh vỗ đầu tiên có thể dễ dàng gập và triển khai cánh giống côn trùng tự nhiên". GS Dario Floreano thì nhận định cơ chế này là "bước tiến quan trọng", đặc biệt phù hợp với các hệ thống robot siêu nhỏ bị giới hạn nghiêm ngặt về không gian, trọng lượng và năng lượng.
Tương lai và lời nhắn gửi về Việt Nam
Sắp tới, TS Phan Hoàng Vũ cho biết nhóm của anh sẽ tập trung cải thiện khả năng bay linh hoạt, hiệu suất và phát triển hệ thống điều khiển tự động hoàn toàn cho robot. Tham vọng hơn nữa là tích hợp thêm các phương thức vận động khác như bò, nhảy, đậu trên nhiều bề mặt, tạo ra robot đa phương thức như côn trùng thật.
Anh cũng nhìn nhận Việt Nam có lợi thế tự nhiên rất lớn để phát triển lĩnh vực robot mô phỏng sinh học nhờ hệ sinh thái đa dạng với hàng ngàn loài chim và côn trùng bay độc đáo. Anh khuyến khích các nhà khoa học trẻ trong nước chủ động trang bị kiến thức liên ngành và mở rộng mạng lưới hợp tác, đồng thời kêu gọi cần có cơ chế hỗ trợ đầu tư trang thiết bị chuyên dụng để khai phá lĩnh vực đầy tiềm năng này, vốn cũng đang là xu hướng nghiên cứu mạnh mẽ tại nhiều quốc gia phát triển khác.
TS Phan Hoàng Vũ, cựu học sinh trường THPT Trần Cao Vân (Tam Kỳ, Quảng Nam) và cựu sinh viên ngành Kỹ thuật Hàng không ĐH Bách Khoa TP.HCM, đã có hơn 30 bài báo khoa học trên các tạp chí quốc tế uy tín và 5 bằng sáng chế tại Hàn Quốc, là một tấm gương sáng cho các nhà khoa học trẻ Việt Nam vươn ra thế giới.
Giải mã cú bung cánh của bọ cánh cứng
Ý tưởng bắt nguồn từ năm 2020, khi TS Vũ tình cờ quan sát và bị cuốn hút bởi cơ chế bung cánh nhiều pha phức tạp của loài bọ cánh cứng sừng chữ Y (khá phổ biến ở Hàn Quốc, nơi anh làm nghiên cứu sinh). Anh tự hỏi tại sao chúng lại cần một quy trình phức tạp như vậy và mang theo câu hỏi đó khi chuyển đến phòng thí nghiệm Hệ thống thông minh của Giáo sư Dario Floreano tại EPFL vào năm 2021.
Sau khi thuyết phục được GS Floreano và hợp tác trở lại với phòng thí nghiệm của GS Hoon Cheol Park (Đại học Konkuk, Hàn Quốc), nhóm nghiên cứu đã giải mã được nguyên lý và phát triển một cơ chế cơ học thông minh cho robot côn trùng của mình. Thay vì dùng các động cơ hay cơ cấu truyền động phức tạp để điều khiển việc gập/mở cánh, robot của TS Vũ sử dụng cơ chế thụ động: cánh tự bung ra khi robot bắt đầu đập cánh nhờ lực ly tâm, và tự động thu gọn lại khi ngừng bay nhờ một sợi dây đàn hồi nhỏ gắn ở chân cánh (thay thế cho cặp cánh cứng bảo vệ của bọ thật).
Thiết kế này mang lại lợi ích kép: vừa giúp robot giữ được trọng lượng siêu nhẹ (chỉ 16 gram) không ảnh hưởng đến hiệu suất bay (có thể bay tối đa 9 phút trong các thử nghiệm không dây), vừa bảo vệ được đôi cánh mỏng manh và tăng tính linh hoạt khi robot cần hạ cánh hoặc di chuyển trong không gian hẹp, phức tạp.
Tiềm năng ứng dụng rộng rãi
Robot côn trùng nhỏ này, với kích thước chỉ bằng lòng bàn tay và khả năng bay lượn linh hoạt nhờ cơ chế điều khiển chênh lệch lực khí động giữa hai cánh (giống côn trùng thật), được kỳ vọng sẽ có nhiều ứng dụng thực tiễn. "Chúng tôi hướng ứng dụng công nghệ robot bay này giám sát môi trường rừng hoặc tìm kiếm cứu nạn tại khu vực đổ nát sau thiên tai (động đất, sạt lở) - nơi con người không thể tiếp cận," TS Vũ chia sẻ.
TS Phan Hoàng Vũ
Ngoài ra, với khả năng bay gần như không gây tiếng động, chúng còn có thể ứng dụng trong quốc phòng, an ninh (giám sát, trinh sát tầm gần), nông nghiệp thông minh (thụ phấn nhân tạo, theo dõi dịch bệnh) hoặc hỗ trợ các nhà sinh vật học thu thập dữ liệu môi trường.
Các chuyên gia hàng đầu cũng đánh giá cao thành tựu này. GS Hoon Cheol Park gọi đây là "robot cánh vỗ đầu tiên có thể dễ dàng gập và triển khai cánh giống côn trùng tự nhiên". GS Dario Floreano thì nhận định cơ chế này là "bước tiến quan trọng", đặc biệt phù hợp với các hệ thống robot siêu nhỏ bị giới hạn nghiêm ngặt về không gian, trọng lượng và năng lượng.
Tương lai và lời nhắn gửi về Việt Nam
Sắp tới, TS Phan Hoàng Vũ cho biết nhóm của anh sẽ tập trung cải thiện khả năng bay linh hoạt, hiệu suất và phát triển hệ thống điều khiển tự động hoàn toàn cho robot. Tham vọng hơn nữa là tích hợp thêm các phương thức vận động khác như bò, nhảy, đậu trên nhiều bề mặt, tạo ra robot đa phương thức như côn trùng thật.
Anh cũng nhìn nhận Việt Nam có lợi thế tự nhiên rất lớn để phát triển lĩnh vực robot mô phỏng sinh học nhờ hệ sinh thái đa dạng với hàng ngàn loài chim và côn trùng bay độc đáo. Anh khuyến khích các nhà khoa học trẻ trong nước chủ động trang bị kiến thức liên ngành và mở rộng mạng lưới hợp tác, đồng thời kêu gọi cần có cơ chế hỗ trợ đầu tư trang thiết bị chuyên dụng để khai phá lĩnh vực đầy tiềm năng này, vốn cũng đang là xu hướng nghiên cứu mạnh mẽ tại nhiều quốc gia phát triển khác.
TS Phan Hoàng Vũ, cựu học sinh trường THPT Trần Cao Vân (Tam Kỳ, Quảng Nam) và cựu sinh viên ngành Kỹ thuật Hàng không ĐH Bách Khoa TP.HCM, đã có hơn 30 bài báo khoa học trên các tạp chí quốc tế uy tín và 5 bằng sáng chế tại Hàn Quốc, là một tấm gương sáng cho các nhà khoa học trẻ Việt Nam vươn ra thế giới.
