Nhóm sinh viên Bách khoa chế robot bay tiếp cận vật thể để sửa chữa

Mô hình UAV tích hợp cánh tay robot của nhóm EmNetLab.

Cánh tay robot biết bay

Chủ nhân của thiết bị UAV - Robot là đội EmNetLab gồm 5 sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông, Trường Điện - Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội: Chu Tuấn Đức - K63, Đội trưởng; Lê Minh Đức - K64, vừa bảo vệ tốt nghiệp; Trần Văn Lộc - K65; Phạm Biên Thùy - K65; Lê Thị Trang - K66.

Nhóm đề xuất mô hình vận hành sáng tạo sử dụng công nghệ song sinh số (digital twin), xây dựng cánh tay robot trên UAV để thực hiện các nhiệm vụ công nghiệp tại những vị trí mà con người gặp khó khăn trong việc tiếp cận.

Sinh viên Trần Văn Lộc chia sẻ, sản phẩm UAV - Robot hướng tới phục vụ các nhu cầu khảo sát, quan trắc, bảo dưỡng, sửa chữa tại các công trình cao tầng như nhà máy, tháp truyền hình, cột điện gió, dàn khoan dầu khí ngoài khơi...

Cánh tay robot bay của chúng em sẽ bay vòng quanh tòa nhà, thấy vết nứt hoặc nguy cơ nứt/gãy sẽ tự động phun sơn đánh dấu để đội bảo trì có thể sửa chữa chính xác, không cần qua quá trình khảo sát truyền thống.

Ngoài ra, điều khiển robot UAV linh hoạt sẽ giúp thực hiện nhiệm vụ một cách an toàn và hiệu quả trong công tác quân sự, cứu hộ có nhu cầu bố trí robot do thám, cứu nạn tại các khu vực hiểm trở hoặc nguy hiểm như chiến trường, vùng thiên tai.

Sản phẩm còn có thể giúp tăng thêm chức năng và tính linh hoạt cho các ứng dụng UAV tại các công ty công nghệ, trung tâm nghiên cứu phát triển các ứng dụng dân sự, thương mại của UAV như vận chuyển hàng hóa, khảo sát địa hình, giao hàng, khai thác nông nghiệp.

Nghiên cứu này của nhóm 5 sinh viên được thực hiện trong khuôn khổ và là một phần kết quả của dự án “Hệ thống IoT hỗn hợp hỗ trợ kiểm soát rủi ro công nghiệp” do TS Phạm Văn Tiến, Đại học Bách khoa Hà Nội chủ trì.

Theo Đội trưởng đội EmNetLab Chu Tuấn Đức, nghiên cứu xây dựng cánh tay robot trên UAV (Unmanned Aerial Vehicle) là sự kết hợp đầy tiềm năng giữa hai công nghệ đột phá, tạo ra khả năng tương tác và thực hiện nhiều nhiệm vụ mới trên không gian. Với việc tích hợp cánh tay robot, UAV trở thành một nền tảng đa chức năng có thể thực hiện các nhiệm vụ phức tạp hơn.

Các chủ nhân của thiết bị UAV - Robot.

Điều khiển máy bay trong môi trường ảo

Trưởng nhóm Chu Tuấn Đức cho biết, cánh tay robot tùy thuộc vào thiết kế, cho phép thực hiện các tác vụ như vận chuyển hàng hóa, giao hàng tự động, kiểm tra, bảo trì cơ sở hạ tầng, đo lường, giám sát môi trường và nhiều ứng dụng khác.

Sự linh hoạt của cánh tay robot trên UAV mở ra một thế giới mới của khả năng và tiềm năng trong lĩnh vực công nghiệp, logistics. Vấn đề đặt ra là làm sao người vận hành có thể điều khiển chính xác cả UAV lẫn cánh tay robot khi mà UAV bay ra ngoài phạm vi tầm nhìn của họ.

Nhằm giải quyết vấn đề này, công nghệ thực tại hỗn hợp (Mixed Reality - MR) đã được áp dụng để điều khiển UAV một cách hiệu quả hơn. Công nghệ MR cho phép người điều khiển tham gia vào một môi trường ảo, hoàn toàn đắm mình vào thế giới của UAV và từ đó điều khiển chiếc máy bay không người lái đó.

Trong không gian ảo này, người điều khiển có thể nhìn thế giới xung quanh từ góc nhìn của UAV, mang đến một trải nghiệm chân thực và chính xác hơn so với việc sử dụng giao diện điều khiển truyền thống.

Công nghệ mô phỏng và không gian ảo để tái tạo các thực thể vật lý (UAV, cánh tay robot, môi trường xung quanh) thành mô hình song sinh số, cho phép điều khiển robot trong không gian ảo. Điều này giúp người vận hành quan sát và điều khiển một cách trực quan thông qua giao diện đồ họa 3D, nâng cao hiệu quả so với điều khiển thông thường.

Thuật toán điều khiển dựa trên mô hình vật lý, các giải thuật AI giúp điều khiển chính xác chuyển động của UAV và cánh tay robot bay bậc tự do trong không gian. Điều này vượt trội so với các nghiên cứu trước chỉ dừng lại ở mô phỏng hay thực nghiệm với 1 - 2 bậc tự do.

Hệ thống kết nối hai chiều giữa thế giới thực và ảo dựa trên công nghệ IoT. Dữ liệu cảm biến được phản ánh liên tục vào môi trường mô phỏng, đồng thời các lệnh điều khiển từ không gian ảo được chuyển đổi, áp dụng cho UAV và robot thực. Đây là một đột phá về công nghệ điều khiển robot bay, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong công nghiệp, dân sự cũng như quân sự.

Nhóm sinh viên Đại học Bách khoa Hà Nội kỳ vọng sẽ nâng cấp sản phẩm nghiên cứu của mình đạt đến độ tự động hóa hoàn toàn. Thay vì một con to như hiện tại, nhóm sẽ nghiên cứu phân chia thành những con nhỏ, quay chụp chính xác ở một vùng diện tích nhỏ của tòa nhà khi truy xét các vết nứt.

Nhật Phong