Thứ sáu, 29/03/2024 | 22:14 - GMT+7

“Cái chạm nhẹ” của những hệ thống robot thông minh

Một thiết bị cảm ứng mới linh hoạt hơn với khả năng tự cấp năng lượng, được sản xuất từ các vật liệu điện từ, đã có thể chuyển hóa các tác động cơ học thành tín hiệu điện cho những robot có khả năng “chạm nhẹ.”

06/04/2020 - 11:15

Trí tuệ nhân tạo, machine learning, và các hệ thống thông minh, vốn là những khái niệm mới trong suốt vài thập kỷ, giờ đây đã luôn hiện hữu trong đời sống thường nhật. Trước những cuốn tiểu thuyết và phim ảnh, con người vẫn luôn mơ tưởng về việc biến những công nghệ khoa học viễn tưởng (như cơ giáp, robot, và người máy) thành hiện thực. Nhưng giờ đây, việc này đã không còn quá xa vời.

Ảnh minh hoạ

Robot được tạo ra để hỗ trợ và giúp đỡ con người trong công việc cũng như hoạt động hằng ngày, và công nghệ này là giao thoa của nhiều lĩnh vực, bao gồm cơ khí, điện lực, kỹ sư thông tin, và khoa học máy tính. Tất cả tạo nên ngành robot học, với mục tiêu là tạo ra các thiết kế, cấu trúc, và cơ chế hoạt động cho máy móc và hệ thống máy tính, nhằm phát triển góc nhìn, sự kiểm soát, khả năng phản hồi theo cảm nhận, và xử lý thông tin của những cỗ máy này.

Trong hành trình tiến tới kỷ nguyên trí tuệ nhân tạo mà Spielberg hay nhắc tới (và ngày ta càng tiến tới gần hơn), các hệ thống robot thông minh đã trở thành một trong những từ khóa tìm kiếm phổ biến nhất trong thời gian gần đây, trong bối cảnh các nhà khoa học đặt mục tiêu tạo ra các người máy với khả năng mô phỏng lại các giác quan của con người như thị giác, phản ứng với nhiệt độ, và xúc giác. Và giác quan cuối cùng thì lại đặc biệt quan trọng trong công nghệ làm tay chân giả và chi robot.

Hiện tại đã xuất hiện rất nhiều nghiên cứu về xúc giác cảm ứng tiên tiến, và từ đó, ta có thể tổng hợp được hai trở ngại chính. Thứ nhất là thiết kế của thiết bị cảm ứng này, bởi lẽ ứng dụng của nó còn phù hợp vào các đặc tính hình dạng cũng như cơ khí. Trong đó, sự linh hoạt chính là yếu tố chủ chốt: Các xúc giác cảm ứng mềm và linh hoạt sẽ có thể được gắn vào những bề mặt cong và bất thường, qua đó toàn diện hơn so với các cảm ứng cứng, đồng thời tránh gây hạn chế cho năng lực và chuyển động của robot.

Thử thách thứ hai lại nằm ở nguồn cung năng lượng cho các xúc giác cảm ứng này. Theo những báo cào gần đây, các xúc giác cảm ứng hiện hành thường sử dụng pin thương mại làm nguồn năng lượng, gây ra những bất lợi về quyền sở hữu, khối lượng, phí và cả tác hại lên môi trường. Chính vì vậy, các nhà nghiên cứu lại phải đặt ra một câu hỏi mới: làm sao để giải quyết những vấn đề này?

Câu trả lời đã có tiền đề trong nhiều nghiên cứu khác: học theo tự nhiên. Cụ thể, các nhà khoa học tại Đại học Khoa học và Công nghệ Vũ Hán, Trung Quốc, đã lấy cám hứng từ những hệ thống trong thiên nhiên để tạo ra một xúc giác cảm ứng mới, mềm và tự cung cấp năng lượng. Nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí Advanced Intelligent Systems, trong đó đội ngũ đã phát triển các thiết bị hiện hành trở nên linh hoạt hơn, cũng như giải quyết các vấn đề liên quan tới nguồn năng lượng.

Tính tới nay, các bộ xúc giác cảm ứng linh hoạt, với các phản ứng cơ học đáng kể đều được thực hiện trong các hệ thống điện dung, áp suất, áp điện, điện ma sát, và vi điện cơ từ. Gần đây đã xuất hiện thêm các hệ thống cảm ứng từ, nhưng cũng như nhiều xúc giác cảm ứng khác, chúng vẫn cần có nguồn điện bên ngoài.

Giáo sư Bin Su cùng đồng nghiệp đã giải quyết vấn đề này bằng cách thiết kế và tạo ra một xúc giảm cảm ứng mới, linh hoạt và mềm, mà không cần tới nguồn năng lượng bên ngoài nào. Làm sao để làm như vậy? Thiết bị mới này có thiết kế phỏng theo tự nhiên, mà cụ thể, là chính da của con người.

Da người có nhiều thụ thể cảm giác khác nhau, cho phép chuyển đổi các kích thích từ bên ngoài thành những cảm giác “đọc được” như nóng/lạnh, đau, hay đụng chạm. Dựa trên điều này, các nhà khoa học đã tạo ra những thụ thể cảm giác nhân tạo, được phát triển sao cho có thể cảm nhận những kích thích khác nhau khi xảy ra biến dạng trên màng plasma của thụ thể. Điều này được thực hiên thông qua những kênh ion có cổng cơ học, đóng hoặc mở khi có kích thích từ áp lực, cảm giác, co giãn, và âm thanh.

Thiết bị cảm ứng có dạng mềm, tự cung cấp năng lượng được thiết kế như những đĩa Merkel. Khi tích hợp trên tay robot, nó có thể được dùng để hỗ trợ cho deep learning.

Các nhà nghiên cứu của công trình này cũng đã thiết kế một công nghệ cảm ứng mới, rất nhẹ, và có thể mô phỏng chức năng và cấu trúc của các đĩa Merkel trong da người – các mút thần kinh phản hồi cả với những tác động nhẹ.  Xúc giác cảm ứng mới này sẽ tận dụng hiệu ứng từ điện, và bao gồm 2 phần khác biệt: ở phần 1 là một hỗn hợp composite, gồm bột từ và một vật liệu đàn hồi, tạo thành một khối từ đàn hồi, có phản ứng tương tự như đĩa Merkel. Còn phần thứ 2 của cảm ứng thì là một cuộn dây đồng dẫn điện (như trong hình minh họa).

Trong cảm ứng, từ thông sẽ truyền theo đường ngang qua từ trường, tiến tới đáy của của cuộn dây đồng. Khi xuất hiện một ngoại lực cơ học, như lực nén, thì từ trường sẽ biến thiên, làm thay đổi từ thông bên trong. Theo định luật Faraday về cảm ứng điện từ, sự thay đổi về từ thông sẽ gây ra dòng điện cảm ứng, có thể được coi như một tín hiệu điện.

Như vậy, khi xúc giác cảm ứng này được lắp trên ngón tay của một cánh tay robot, nó sẽ có thể “cảm nhận” nhiều sự vật đa dạng thông qua những tín hiệu điện khác nhau, tạo ra những xu thế chuyên biệt cho mỗi sự vật, bằng cách liên hệ những tín hiệu điện này với sự vật tương ứng.

Điều này có nghĩa là, xúc giác cảm ứng sẽ có thể phân biệt sự vật dựa trên xu thế tín hiệu được cảm nhận. Robot từ đó sẽ có thể nhận biết thế giới xung quanh cũng như vật thể mà nó tương tác cùng, qua đó mô phỏng lại chức năng xúc giác của con người.

Thông qua thử nghiệm cũng như phân tích số liệu, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra những thông số chung, cho phép điều khiển điện bên trong xúc giác cảm ứng mềm. Cụ thể, họ đã phát hiện ra tỷ lệ thành phần trong hợp chất từ composite, hình dạng, cũng như hình dạng của vật liệu đàn hồi từ khi bị ảnh hưởng bởi từ trường. Những tham số này sẽ giúp cho việc cải thiện cảm ứng này trong tương lai.

Các tác giả của nghiên cứu cho biết, thiết kế của họ sẽ phát triển thành nhiều hệ thống xúc giác tự sạc, mở rộng ra thêm nhiều lĩnh vực mới trong việc phát triển khoa học trí tuệ robot và deep learning trong các thiết bị này.

Theo TechInsights

Xem thêm

Tổng số lượt truy cập :
  • 1
  • 4
  • 0
  • 1
  • 4
  • 9
  • 8
  • 6