TS Phan Hoàng Vũ chia sẻ về robot côn trùng nhỏ tại phòng thí nghiệm. Ảnh: Nhân vật cung cấp
TS Phan Hoàng Vũ (39 tuổi) là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ cấp cao tại phòng thí nghiệm Hệ thống thông minh thuộc Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Lausanne (EPFL). Anh đang theo đuổi các kỹ thuật mới trong lĩnh vực robot mô phỏng sinh học (biomimetic robots), phương tiện bay siêu nhỏ, drone cánh biến hình và đa chế độ vận động mô phỏng các loài chim. "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 nói với VnExpress.
Ý tưởng bắt đầu từ năm 2020 khi còn làm việc ở phòng thí nghiệm của GS Hoon Cheol Park (Hàn Quốc). Trong một lần làm thí nghiệm, anh tình cờ ghi được chuỗi triển khai cánh nhiều pha phức tạp ở bọ cánh cứng. Nó không giống cách chim hay các loài côn trùng khác thực hiện. "Tại sao bọ cánh cứng lại sử dụng một quy trình phức tạp như vậy" - câu hỏi đeo đuổi Vũ ngay cả khi anh chuyển sang phòng thí nghiệm của GS Dario Floreano tại EPFL, Thụy Sĩ vào đầu năm 2021 để làm một dự án khác.
Khi chia sẻ suy nghĩ với GS Floreano, anh đề nghị được trở lại hợp tác thực hiện các thí nghiệm trên bọ cánh cứng sừng chữ Y, loài bọ khá phổ biến ở Hàn Quốc nhưng rất hiếm ở Thụy Sĩ.
Từ đây, nhóm nghiên cứu của anh đã chứng minh được nguyên lý bay của bọ cánh cứng. Sau đó nhóm phát triển cơ cấu cánh gập đơn giản, hiệu quả, giúp robot côn trùng có khả năng tự bung cánh ra khi bay và thu lại khi hạ cánh. Cả quá trình hoàn toàn không cần đến cơ cấu truyền động phức tạp để điều khiển. Cơ chế có tên triển khai và thu cánh thụ động.
Khi bung cánh robot được kích hoạt bởi lực ly tâm sinh ra từ chuyển động đập cánh, như trên bọ cánh cứng. Khi thu cánh, robot được hỗ trợ bằng một dây đàn hồi nhỏ gắn ở chân cánh, thay thế cho cặp cánh cứng trước (elytra). Nhờ thiết kế này, robot có thể thu gọn cánh sau khi bay mà vẫn giữ được khối lượng nhẹ không ảnh hưởng đến hiệu suất bay. Cách này giúp bảo vệ cánh và tăng tính linh hoạt của robot khi hoạt động trong không gian hẹp hoặc môi trường phức tạp.
Hiện nhóm đã thực hiện thành công các thử nghiệm bay không dây, trong đó robot có thể tự bung cánh khi bay và thu lại sau khi hạ cánh. Với khối lượng chỉ 16 gram, robot có thể bay tối đa 9 phút.
Hoạt động của robot côn trùng. Video: Nhóm nghiên cứu
Robot côn trùng nhỏ là thiết bị bay (drone) siêu nhẹ, kích thước chỉ bằng lòng bàn tay. Chúng sử dụng cánh đập để tạo lực nâng thay vì dùng cánh quạt như drone truyền thống. Robot côn trùng không có đuôi để điều hướng, thay vào đó được tích hợp một cơ chế điều khiển chênh lệch lực khí động giữa hai cánh để kiểm soát tư thế và hướng bay, cho phép tạo chuyển động linh hoạt như cách các loài côn trùng thực hiện trong tự nhiên. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature.
"Đây là robot cánh vỗ đầu tiên có thể dễ dàng gập và triển khai cánh của chúng giống côn trùng trong tự nhiên", Giáo sư Hoon Cheol Park, Giám đốc Phòng thí nghiệm Bay mô phỏng sinh học tại Đại học Konkuk (Hàn Quốc) chia sẻ.
Robot côn trùng nhỏ ở trạng thái bung cánh bay (phía trên) và trạng thái gập cánh (bên dưới). Ảnh: Nhóm nghiên cứu
Giáo sư Dario Floreano, Giám đốc Phòng thí nghiệm Hệ thống Thông minh tại EPFL, đánh giá cơ chế bung và gập cánh là bước tiến quan trọng trong thiết kế robot nhỏ. Ông cho hay, nguyên lý thiết kế này đặc biệt phù hợp với các hệ thống robot siêu nhỏ, nơi không gian, trọng lượng và năng lượng đều bị giới hạn nghiêm ngặt, từ đó giúp đơn giản hóa đáng kể các cấu trúc cơ khí vốn phức tạp.
TS Vũ nói thêm, công nghệ có tính khả thi cao và tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Nhờ thiết kế mô phỏng tự nhiên và khả năng bay gần như không gây tiếng động, các robot côn trùng còn có thể ứng dụng trong quốc phòng và an ninh để thực hiện giám sát và trinh sát ở khoảng cách gần. Chúng cũng có thể ứng dụng trong nông nghiệp thông minh, như thụ phấn nhân tạo hay theo dõi dịch bệnh trên cây trồng mà không gây tổn hại cho hoa và cây trồng. Robot cũng có thể hỗ trợ các nhà sinh vật học trong việc thu thập dữ liệu môi trường...
Sắp tới, TS Vũ hướng tới thành lập nhóm nghiên cứu tập trung cải thiện khả năng bay nhanh nhẹn và hiệu suất hơn, phát triển hệ thống điều khiển bay tự động. Anh cho biết nhóm tích hợp thêm các chức năng vận động khác ngoài bay, như bò, nhảy, và đậu trên nhiều bề mặt địa hình khác nhau, tạo ra robot đa phương thức (multimodal locomotion) linh hoạt như côn trùng thật.
Hướng phát triển robot côn trùng ứng dụng thực tiễn đang được nhiều nhóm nghiên cứu từ các quốc gia như Mỹ, Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản, Bỉ, Hà Lan, Singapore, Australia theo đuổi. Hồi tháng 4, Singapore triển khai gián robot cứu trợ động đất tại Myanmar. Mẫu gián robot trên được giới thiệu tại các hội chợ công nghệ ở Singapore hồi tháng 4/2024 và dự kiến triển khai thực tế từ khoảng năm 2026.
TS Vũ nhìn nhận, Việt Nam có lợi thế tự nhiên rất lớn để phát triển robot mô phỏng sinh học, đặc biệt là robot bay bởi sở hữu hệ sinh thái đa dạng với hàng ngàn loài chim và côn trùng bay. Đây là nền tảng lý tưởng để các nhà khoa học ở Việt Nam đầu tư và khai phá lĩnh vực robot bay mô phỏng sinh học.
Theo anh, robot mô phỏng sinh học là lĩnh vực liên ngành, do đó cần chủ động trang bị kiến thức đa ngành hoặc mở rộng mạng lưới cộng tác với các chuyên gia ở nhiều lĩnh vực khác nhau. Đây cũng là lĩnh vực nghiên cứu thực nghiệm, đòi hỏi có cơ chế hỗ trợ đầu tư trang thiết bị chuyên dụng.
TS Phan Hoàng Vũ lớn lên ở vùng quê xã Tam Thái, huyện Phú Ninh, tỉnh Quảng Nam, là cựu học sinh trường THPT Trần Cao Vân, Tam Kỳ. Năm 2010, anh tốt nghiệp kỹ sư ngành Kỹ thuật Hàng không, tại trường Đại học Bách Khoa TP HCM. Anh nhận bằng Thạc sĩ và Tiến sĩ chuyên ngành Công nghệ mô phỏng sinh học và Hệ vi cơ thông minh tại Đại học Konkuk, Seoul, Hàn Quốc. TS Vũ công bố hơn 30 bài báo khoa học trên các tạp chí quốc tế uy tín như Nature, Science, Science Robotics, Progress in Aerospace Sciences... có 5 bằng sáng chế tại Hàn Quốc. Anh là thành viên ban biên tập của các tạp chí quốc tế chuyên ngành Kỹ thuật Hàng không và Robotics.
Như Quỳnh
