Các rãnh sâu nhất của đại dương vẫn là một trong những khu vực ít được khám phá nhất trên Trái đất, măc dù khoa học rất quan tâm đến chúng và sự phong phú của các dạng sinh vật sống ở đó. Hai lý do là nhiệt độ thấp và áp suất cực lớn ở độ sâu ấy đòi hỏi thiết bị thăm dò phải được bảo vệ rất cẩn thận bên trong các khoang bằng kim loại hoặc gốm có độ bền cao. Điều đó khiến các tàu thăm dò biển sâu trở nên cồng kềnh, đắt tiền và khó vận hành, cũng như khó thiết kế, chế tạo và vận chuyển.
Nhưng một con robot hình cá nhỏ bé tự cung cấp năng lượng vừa mới xuất hiện để cung cấp một giải pháp cho hoạt động ngầm dưới nước. Theo một bài báo mới công bố, robot đó đã đạt đến phần sâu nhất của Thái Bình Dương – Rãnh Mariana – ở độ sâu gần 11 km.
Áp suất ở đó gấp nghìn lần áp suất trên mặt biển. Tuy nhiên, nhiều loài động vật khác nhau, gồm cả cá, có thể chịu được áp lực đáng kinh ngạc và đã thích nghi với cuộc sống trong những điều kiện bất lợi đến thế. Hình thái và cấu trúc hộp sọ của một trong những sinh vật biển này, loài cá ốc mũm, đã truyền cảm hứng cho thiết kế của robot đáng chú ý này.
Bước đột phá chính tạo nên thành tựu quan trọng này là thân robot bằng polyme, được thiết kế đặc biệt, có thể biến dạng nhưng không bị vỡ dưới áp lực cao. Nhóm các nhà nghiên cứu ở Hàng Châu, Trung Quốc đã có thể tổ hợp các bộ phận điện tử tinh vi cần thiết cho nguồn điện, chuyển động và điều khiển trong một ma trận silicon bảo vệ. Các bộ phận điện tử được tách rời, thay vì gắn chặt với nhau, khiến chúng có khả năng chống chịu áp lực tốt hơn, tương tự như vỏ ốc.
Robot trông giống như con cá mà nó mô phỏng, với thân và đuôi thon dài, hai vây bên lớn làm bằng tấm silicon mỏng. Các vây bơi để đẩy robot chỉ có chiều dài 22cm, với sải vây 28cm. Các vây không hoạt động bằng động cơ cứng mà bằng cơ nhân tạo mềm. Các cơ chứa chất đàn hồi điện môi – một loại vật liệu thông minh co lại khi có điện áp được áp vào để tạo ra các chuyển động mạnh.
Các phần tử đàn hồi điện môi hình đĩa tạo ra chuyển động vẫy vây để đẩy robot, đạt tốc độ lên đến khoảng nửa chiều dài cơ thể mỗi giây (khoảng 0,2 km/h), ngay cả ở độ sâu đáng kể.
Tuy nhiên, loại cơ cấu này – bộ phận tạo nên chuyển động của máy móc – đòi hỏi điện áp rất cao. Một bộ khuếch đại điện áp cao nhỏ gọn giúp nhân điện áp pin lithium-ion lên hơn một nghìn lần để đáp ứng yêu cầu này, trong khi bộ thu hồng ngoại cho phép điều khiển robot từ xa. Các vây mềm và cơ cấu truyền động mềm được thiết kế cẩn thận để tồn tại và hoạt động tốt ở nhiệt độ thấp và áp suất cao của môi trường biển sâu.
Tự do bơi lội dưới hồ sâu
Nhóm đã thực hiện các nghiên cứu tính toán mở rộng và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm về nguyên lý của động cơ đẩy và cách thiết bị điện tử ứng phó với áp suất cực lớn. Sau đó, họ tiến hành các cuộc thử nghiệm thực tế bơi tự do, đầu tiên là ở một hồ nước sâu, sau đó là tại Biển Đông, ở độ sâu hơn 3km, trước khi triển khai ở Rãnh Mariana.
Trong các thử nghiệm thực địa ở Mariana, robot được gắn trên một tàu lặn biển sâu, chứ chưa được phép bơi tự do. Tuy nhiên, nó vẫn có thể duy trì chuyển động đập vây của mình, như được ghi lại bởi camera của tàu lặn, trong 45 phút ở độ sâu 10.900 mét.
Robot mềm
Robot dưới đáy biển sâu này là một ví dụ về thế hệ robot mới được lấy cảm hứng từ các sinh vật sống, cả động vật lẫn thực vật. Chúng được chế tạo bằng cách khai thác lợi thế của các vật liệu tổng hợp như silicon và các polyme khác, gel hoặc thậm chí vải dệt.
Những robot này có thể uốn cong, chống chịu và thích ứng với các lực tác động từ môi trường, do đó sẽ an toàn hơn khi làm việc bên con người so với các robot công nghiệp cứng phổ biến hiện có. Mặt khác, việc thiết kế, truyền động, cảm nhận và điều khiển các robot ấy có thể đặt ra những thách thức đáng kể, mà cốt lõi là mối quan tâm khoa học và công nghệ của họ.
Tiến xuống rãnh Mariana
Hiện đang có hoạt động nghiên cứu liên ngành ráo riết trong lĩnh vực mới này, được gọi là robot mềm, dẫn đến những tiến bộ đột phá thú vị cho một loạt các ứng dụng liên quan, từ nông nghiệp đến y học và vũ trụ. Octobot cua Đại học Harvard là một ví dụ về loại robot này, chúng xuất hiện dường như từ nguồn cảm hứng thiết kế các công nghệ dùng cho biển sâu.
Phiên bản hiện tại của robot biển sâu có vẻ tương đối chậm, không dễ điều khiển và chưa chịu được dòng chảy mạnh dưới nước, có thể khiến xáo trộn hành trình của nó theo quỹ đạo cần đi. Tuy nhiên, các nhà thiết kế đã có kế hoạch cải tiến để cho nó hoạt động tốt hơn, hiệu quả hơn và thông minh hơn.
Mặc dù có nhược điểm gì, không nên đánh giá thấp các nguyên tắc thiết kế robot và những tiến bộ công nghệ đã dẫn đến một cuộc trình diễn ngoạn mục như vậy.
TS. Dimitris P. Tsakiris – Đại học Aberystwyth University.
Nhà nghiên cứu robot lấy cảm hứng từ sinh học, robot vật liệu mềm, đặc biệt là các vấn đề điều khiển chuyển động, thiết kế, cơ học, cảm biến, vật liệu thông minh, điều hướng,… Ông đang tìm cách ứng dụng các robot y tế, và robot dịch vụ, đặc biệt trong việc kiểm tra và thăm dò dưới nước, tìm kiếm và cứu hộ,… Công trình nghiên cứu mới về robot bạch tuộc của ông được triển khai tại CreteAquarium ở Crete, Hy Lạp đã thu hút sự quan tâm đáng kể của giới kỹ thuật và truyền thông
Việt Phương dịch
Nguồn: The Conversation