Cách khiến robot siêu nhỏ di chuyển không cần camera hay công cụ lập hình ảnh

Hầu hết robot siêu nhỏ hiện nay đều phải dựa vào camera hay công cụ lập hình ảnh để theo dõi chuyển động theo thời gian thực. Cách thức như vậy khá chậm chạp, tốn kém và không đáng tin cậy đặc biệt ở môi trường có tầm nhìn hạn chế (chẳng hạn bên trong cơ thể người hoặc đường ống công nghiệp).

Hệ thống cuộn dây từ tính Helmholtz loại bỏ sự phụ thuộc trên bằng cách tạo ra gradient từ trường đồng nhất, tác dụng một lực nhất quán lên robot bất kể chúng ở đâu trong không gian làm việc.

Theo trưởng nhóm phát triển Lee Sangwon: “Bằng cách giảm hoặc loại bỏ nhu cầu theo dõi vị trí, hệ thống có thể đơn giản hơn, mạnh mẽ hơn, thiết thực hơn cho môi trường khó quan sát, đồng thời vẫn đảm bảo kiểm soát được chuyển động”.

Mô hình hệ thống cuộn dây từ tính Helmholtz - Ảnh: SMU

Không camera, điều khiển ổn định

Thay vì liên tục điều chỉnh lực dựa trên vị trí của robot, Helmholtz giúp robot chịu cùng một lực hút từ tính trên toàn bộ hành trình. Như vậy nhu cầu cập nhật vị trí liên tục - vốn rất quan trọng đối với việc điều hướng chính xác - bị loại bỏ.

Hệ thống sử dụng 6 cuộn dây sắp xếp thành 3 cặp dọc các trọc X, Y, Z để tạo ra từ trường trong không gian ba chiều. Hiệu chỉnh cuộn dây là máy đo từ trường ba trục đảm bảo độ chính xác.

Nhằm tinh chỉnh hiệu suất, nhóm phát triển dùng đến phương pháp toán học tên chuẩn hóa Tikhonov, tính toán chính xác dòng điện cho mỗi cuộn và tránh sai lệch do vị trí gây ra.

Sau đó họ còn kiểm tra lại bằng mô phỏng COMSOL cùng thử nghiệm thực tế. Kết quả cho thấy mức trùng khớp đến 99% giữa hành vi dự đoán với hành vi quan sát được – khẳng định độ tin cậy của hệ thống. Helmholtz dễ dàng điều khiển robot siêu nhỏ mà chẳng cần phản hồi liên tục từ công cụ lập hình ảnh.

Robot di chuyển “không cần mắt”

Khả năng điều khiển robot không cần theo dõi hình ảnh hứa hẹn mở ra triển vọng mới trong y học lẫn công nghiệp.

Ông Lee nhấn mạnh bước tiến này đặc biệt quan trọng đối với ứng dụng vi sinh học – lĩnh vực robot siêu nhỏ có thể đưa thuốc đến vị trí chính xác, thực hiện thủ thuật xâm lấn tối thiểu hoặc tiến hành chẩn đoán vùng cơ thể mà dụng cụ truyền thống khó tiếp cận.

Vì hoạt động không cần camera, Helmholtz đủ sức hoạt động ở môi trường mà việc chụp ảnh bất khả thi (chẳng hạn bên trong chất lỏng đục, cấu trúc hẹp và kín).

Nhóm phát triển đang khám phá vài cách thức khác để ước tính vị trí của robot siêu nhỏ thông qua cảm biến khác ngoài camera, qua đó cải thiện hơn nữa khả năng điều khiển ở môi trường phức tạp.

Phát minh trên đánh dấu bước chuyển từ hệ thống dựa nhiều vào theo dõi vị trí sang phương pháp điều khiển tự động hơn, đơn giản hóa việc điều khiển. Đây không phải trào lưu nhất thời mà là xu hướng dài hạn.

Bên cạnh hệ thống cuộn dây từ tính, công nghệ giúp tăng mức độ tự động hóa của robot siêu nhỏ còn có máy học và học tăng cường (tự học chiến lược di chuyển tối ưu thông qua tương tác với môi trường) và trí tuệ tích hợp (phản hồi từ chính cấu trúc vật lý và vật liệu).

Tăng mức độ tự động hóa đem lại nhiều lợi ích. Đầu tiên là đơn giản hóa hạ tầng, loại bỏ trang bị cồng kềnh và đắt tiền. Ngoài ra độ tin cậy lúc vận hành cũng nâng cao đáng kể, giảm thiểu rủi ro mất dấu robot ở khu vực tín hiệu dễ bị nhiễu hoặc tầm nhìn bị che khuất.