Trong thế giới robot ngày nay, khả năng vừa bay vừa di chuyển trên mặt đất không còn là điều xa lạ. Tuy nhiên, phần lớn những cỗ máy này đều phải hạ cánh rồi mới chuyển đổi hình dạng, một thao tác tưởng đơn giản nhưng có thể trở thành điểm yếu chí mạng khi địa hình không thuận lợi. Một cú tiếp đất lệch góc hay “đường băng” gồ ghề cũng đủ khiến robot kẹt cứng, để rồi thất bại trong nhiệm vụ được giao.
Để khắc phục điểm yếu này, các kỹ sư tại Caltech đã mang đến một bước tiến đáng kể: một robot thực tế có khả năng “biến hình” ngay trong không trung giống như một robot Transformer cất cánh. Thao tác này giúp robot hạ cánh mượt mà và tiếp tục hành trình mặt đất mà không cần tạm dừng. Được đặt tên là ATMO (viết tắt của Aerially Transforming Morphobot, tạm dịch là Robot Biến hình Trên không), cỗ máy này mang theo nhiều hứa hẹn cho tương lai của giao hàng tự động và thám hiểm bằng robot.
Robot biến hình ATMO – Ảnh: Ioannis Mandralis/Communications Engineering.
ATMO sở hữu bốn động cơ đẩy giúp nó bay như drone, nhưng điều đặc biệt là phần khung bao quanh những các động cơ này sẽ biến thành bánh xe khi ATMO đáp đất. Toàn bộ quá trình chuyển đổi cấu hình chỉ cần một động cơ duy nhất vận hành khớp trung tâm. Các chuyên gia tạo ra một thiết kế đơn giản mà tinh tế, mở đường cho những khả năng điều hướng linh hoạt chưa từng có.
“Chúng tôi đã thiết kế và chế tạo một hệ thống robot mới lấy cảm hứng từ tự nhiên – từ cách các loài động vật sử dụng cơ thể của chúng theo những cách khác nhau để đạt được các dạng chuyển động khác nhau ”, Ioannis Mandralis, nghiên cứu sinh ngành hàng không tại Caltech và là tác giả chính của bài nghiên cứu, cho biết.
Tuy vậy, bài toán kỹ thuật không hề đơn giản. Quá trình biến hình giữa không trung kéo theo nhiều lực khí động học phức tạp, đặc biệt khi robot đang bay gần mặt đất. Các luồng khí đẩy có thể phản hồi từ mặt đất, tạo thành những xoáy khí nguy hiểm, tương tự như vấn đề các trực thăng gặp phải khi hạ cánh quá nhanh.
Video nghiên cứu cho thấy những chuyển động phức tạp của ATMO được nghiên cứu kỹ lưỡng – Video: Caltech.
Trong trường hợp của ATMO, thách thức còn lớn hơn: bốn động cơ đẩy của nó liên tục thay đổi hướng và cường độ, gây ra nhiễu loạn khó lường. Để đối phó, các nhà nghiên cứu tại Caltech đã thực hiện hàng loạt thử nghiệm: từ đo lực đẩy trong các cấu hình khác nhau bằng cảm biến lực, đến sử dụng khói để trực quan hóa chuyển động không khí. Dữ liệu thu được được tích hợp vào một thuật toán điều khiển tiên tiến có tên model predictive control – một phương pháp dự báo hành vi của hệ thống trong tương lai gần để liên tục điều chỉnh đường đi tối ưu.
“ Thuật toán điều khiển chính là đổi mới lớn nhất trong nghiên cứu này ”, Mandralis nhận định. “ Hệ 4 motor thường dùng bộ điều khiển riêng biệt do cách đặt động cơ và nguyên lý bay của chúng. Nhưng ở đây, chúng tôi giới thiệu một hệ động lực học hoàn toàn mới. Ngay khi robot bắt đầu biến hình, bạn sẽ gặp phải các mối liên kết động học mới, là các lực tương tác lẫn nhau. Và hệ thống điều khiển phải phản ứng cực kỳ nhanh với tất cả những thay đổi đó ”.
ATMO hứa hẹn sẽ mang lại những thay đổi lớn cho những con robot biết bay sau này, cả về cách vận hành trên không cũng như những thuật toán điều khiển chúng.
Đọc bài gốc tại đây.
