Khám phá robot đi trên nước nhờ bí mật của côn trùng

Rhagovelia, một loài côn trùng bán thủy sinh, có các chi phụ hình quạt ở đầu chân giữa, đóng mở thụ động tùy thuộc vào chuyển động của nước bên dưới. Đây là lý do tại sao chúng lướt nhẹ nhàng trên mặt nước.

Nhà sinh vật học Victor Ortega-Jimenez thuộc Đại học California, Berkeley (Mỹ), rất hứng thú với cách những loài côn trùng nhỏ bé này có thể tăng tốc, thực hiện những cú ngoặt nhanh và các động tác khác, gần như thể chúng đang bay trên bề mặt chất lỏng.

Rhagobot được lấy cảm hứng từ cấu trúc được tìm thấy trên chân của bọ nước Rhagovelia (Nguồn: Arstechnica)

"Cánh quạt của Rhagovelia đóng vai trò là một khuôn mẫu đầy cảm hứng để phát triển các cánh quạt nhân tạo tự biến hình, cung cấp những hiểu biết sâu sắc về hình dạng và chức năng sinh học của chúng", ông cho biết trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Science.

"Những cấu hình như vậy phần lớn vẫn chưa được khám phá trong các robot bán thủy sinh", nhà sinh vật học Victor Ortega-Jimenez chia sẻ.

Ortega-Jimenez mất 5 năm để tìm ra cách loài côn trùng này di chuyển. Trong khi người ta cho rằng cánh quạt chân của Rhagovelia biến hình là do chúng hoạt động nhờ cơ bắp, ông phát hiện ra rằng các chi phụ này tự động điều chỉnh theo sức căng bề mặt và lực đàn hồi bên dưới chúng, đóng mở thụ động nhanh hơn mười lần so với tốc độ chớp mắt. Chúng nở ra ngay lập tức khi tiếp xúc với nước và thay đổi hình dạng tùy thuộc vào dòng chảy.

Rhagobot là phiên bản của Ortega-Jimenez về loài côn trùng công nghệ cao này. Sau khi nghiên cứu kỹ lưỡng cấu trúc và chức năng của chân và cánh quạt Rhagovelia, ông và nhóm của mình đã tạo ra các phiên bản nhân tạo cũng được thiết kế để biến hình khi tiếp xúc với nước.

Hình ảnh chuyển động của Rhagobot trên mặt nước

Chúng được gắn vào chân giữa của Rhagobot. Giống như nguồn cảm hứng của họ, các cánh quạt xòe ra ngay lập tức khi chìm trong nước và khép lại khi chúng nhô ra ngoài. Không cần thêm nguồn năng lượng vì sự biến hình của cánh quạt được xác định bởi chuyển động và tốc độ của nước.

Nhóm nghiên cứu muốn xem liệu những chiếc quạt nhân tạo của họ có mang lại lợi thế cho Rhagobot hay không. Họ đã chế tạo một robot thay thế, mô phỏng theo một loài bọ nước khác, có khả năng tự đẩy mình bằng sức căng bề mặt, và cho nó đối đầu với Rhagobot.

Cả hai đều được cung cấp cùng một lượng năng lượng, nhưng Rhagobot có thể di chuyển xa hơn và thực hiện những cú ngoặt gấp, nhanh hơn so với đối thủ nhờ những chiếc quạt.

“Lực đẩy do quạt tạo ra đã tăng tốc độ tiến về phía trước và cho phép phanh nhanh chóng”, Ortega-Jimenez nói.

Đồng thời, vị này cho biết thêm rằng: “Khả năng thu gọn của quạt cũng làm giảm đáng kể năng lượng cần thiết để robot nhấc chân lên khỏi mặt nước”.

Trong tương lai, Rhagobot có thể vượt qua vùng nước dữ dội để trở thành một phần của hệ thống giám sát môi trường, và các nhà nghiên cứu rất hào hứng về tiềm năng của những đàn robot này có thể hỗ trợ các nhiệm vụ tìm kiếm cứu nạn trong bão và lũ lụt. Mặc dù việc bổ sung thêm trọng lượng của các cảm biến và năng lượng sẽ là một thách thức đáng kể.

Nó thậm chí có thể khám phá những nơi ngoài Trái Đất. Nếu Rhagovelia chứng minh được điều gì đó, thì đó là ngay cả những sinh vật nhỏ nhất cũng có thể tạo ra những bước tiến vượt bậc, trên mặt nước hoặc bất kỳ nơi nào khác.

Minh Hoàn