Robot hình người sắp có 'xúc giác' như người nhờ thế hệ cơ nhân tạo thông minh mới

Nghiên cứu này có thể thay đổi cách robot trong tương lai di chuyển và cảm nhận môi trường xung quanh bằng cách trang bị cho chúng trí tuệ thân xác giống con người hơn. Ảnh: IE

Các nhà khoa học vừa phát triển một loại cơ nhân tạo thông minh có khả năng mô phỏng hệ cơ – gân sinh học của con người.

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Seoul đã chế tạo thiết bị này bằng cách nhúng các kênh kim loại lỏng vào bên trong vật liệu đàn hồi tinh thể lỏng.

Khi được kích thích bằng điện, cơ nhân tạo sẽ co lại giống như cơ thật, đồng thời tự đo lực và độ giãn của chính nó theo thời gian thực.

Thành tựu này được kỳ vọng sẽ mở đường cho thế hệ robot hình người mới với khả năng cảm nhận và vận động tự nhiên hơn, gần với con người hơn.

Trước đó, một nhóm nghiên cứu tại MIT Media Lab và Politecnico di Bari cũng từng phát triển các sợi cơ điện–lưu chất có sức mạnh, tốc độ và khả năng điều khiển tương tự cơ bắp tự nhiên dành cho robot và thiết bị đeo.

Tái tạo hệ cơ giống con người

Khi nhu cầu về robot hình người và các hệ thống hỗ trợ thông minh ngày càng tăng, các nhà nghiên cứu đang tìm cách tạo ra những cơ cấu truyền động robot có thể chuyển động tinh tế, cảm nhận môi trường và tương tác an toàn với con người.

Những ứng dụng tiềm năng trải dài từ robot hình người, hệ thống logistics tự động cho đến thiết bị y tế và phục hồi chức năng. Tuy nhiên, các loại cơ nhân tạo hiện nay vẫn gặp hạn chế vì chức năng vận động và cảm biến bị tách rời, buộc phải dùng thêm cảm biến ngoài cùng hệ thống điều khiển phức tạp.

Để giải quyết vấn đề này, Trường Kỹ thuật thuộc Đại học Quốc gia Seoul đã phát triển một loại cơ nhân tạo thông minh lấy cảm hứng từ hệ cơ – gân sinh học trong cơ thể người.

Hệ thống được xây dựng dựa trên vật liệu đàn hồi tinh thể lỏng (LCE), tích hợp cả khả năng vận động lẫn cảm biến trong cùng một cấu trúc - điều mà nhóm nghiên cứu gọi là “trí thông minh vật lý”.

Cơ nhân tạo này kết hợp nối tiếp hai loại vật liệu LCE khác nhau: LCE đẳng hướng đóng vai trò giống gân, còn LCE nematic hoạt động tương tự cơ bắp.

Bên trong cấu trúc là các kênh kim loại lỏng đảm nhận hai nhiệm vụ riêng biệt: một kênh hoạt động như bộ truyền động tạo ra sự co cơ nhờ nhiệt, trong khi kênh còn lại đóng vai trò cảm biến, liên tục ghi nhận lực và độ biến dạng theo thời gian thực.

Nhờ đó, hệ thống có thể tự cảm nhận trạng thái co giãn của chính mình mà không cần đến cảm biến bên ngoài.

Robot có thể “cảm nhận” vật thể

Nhóm nghiên cứu đã trình diễn những ngón tay và bộ kẹp robot sử dụng loại cơ nhân tạo này. Chúng không chỉ có thể nhẹ nhàng gắp các vật thể mà còn tự nhận biết được độ cứng và kích thước của vật thể đang cầm.

Bằng cách bố trí hai cơ nhân tạo hoạt động đối kháng với nhau — tương tự cách các nhóm cơ trong cơ thể người phối hợp — nhóm nghiên cứu đã đạt được khả năng điều khiển chuyển động nhanh và chính xác hơn, cả trong quá trình co lẫn giãn cơ.

Do khả năng cảm biến và vận động được tích hợp chung trong một cấu trúc, cơ nhân tạo có thể tự theo dõi tình trạng hoạt động của mình theo thời gian thực mà không cần phụ thuộc vào cảm biến ngoài.

Điều này mang lại cho robot một dạng “trí thông minh vật lý tích hợp”, cho phép chúng phản ứng tự nhiên hơn trước các thay đổi về lực tác động hoặc tiếp xúc trong lúc vận hành.

Các nhà nghiên cứu cho biết những cơ nhân tạo này có thể phối hợp với nhau trong hệ thống ngón tay và bộ kẹp robot điều khiển bằng phản hồi, giúp tăng độ chính xác chuyển động và giảm sai số điều khiển.

Tuy vậy, nghiên cứu cũng chỉ ra một số hạn chế cần tiếp tục khắc phục. Khi hoạt động lặp đi lặp lại, nhiệt có thể tích tụ bên trong cơ nhân tạo, gây hiện tượng lệch lực và làm giảm độ chính xác.

Ngoài ra, những thay đổi đột ngột về mục tiêu chuyển động cũng có thể khiến hệ thống xuất hiện sai số bám theo quỹ đạo.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đề xuất áp dụng các phương pháp làm mát nhanh hơn, chẳng hạn sử dụng vật liệu mỏng hơn, tích hợp các kênh làm mát bên trong hoặc ứng dụng hệ thống làm mát dựa trên mô-đun Peltier.

Theo các nhà khoa học, việc tăng tốc độ làm mát không chỉ giúp hệ thống phản hồi nhanh hơn mà còn cải thiện hiệu suất cảm biến.

Nhóm nghiên cứu cũng lưu ý rằng mô hình ước tính độ giãn hiện tại được xây dựng dựa trên dữ liệu thực nghiệm và vẫn cần được tinh chỉnh thêm.

Trong tương lai, các nghiên cứu về sự phân bố nhiệt và đặc tính cơ học của vật liệu đàn hồi tinh thể lỏng có thể giúp tạo ra những hệ cơ nhân tạo chính xác, ổn định và đáng tin cậy hơn cho các ứng dụng robot học tiên tiến.