Robot IRON mô phỏng cơ thể người, da mềm, bước đi uyển chuyển như thật

Nếu từng thấy robot hình người bước đi cứng đơ, xoay người như “bản lề”, bạn sẽ hiểu vì sao IRON gây tò mò. Dự án này không chỉ chăm chút phần “vỏ” cho giống người, mà đi thẳng vào điều khó nhất: làm sao để một cơ thể máy móc có thể chuyển động mượt, đổi hướng linh hoạt và tương tác tự nhiên hơn.

Nhóm phát triển IRON đặt mục tiêu nghe có vẻ táo bạo: tạo ra “những robot càng giống con người càng tốt”. Muốn vậy, họ không đi một đường thẳng, mà kéo cả một hệ “tam giác” vào cuộc: thiết kế công nghiệp để ra dáng vóc, cơ khí để tạo khung xương và cơ cấu vận động, cùng điều khiển chuyển động để mỗi bước đi không còn mang cảm giác máy móc.

Từ “khung thiết kế” đa năng đến cơ thể có phạm vi chuyển động rộng

Điểm xuất phát của IRON là một cấu hình khung đa năng, giống như nền móng để thử nghiệm và tinh chỉnh nhiều phương án. Trên nền đó, nhóm phát triển đào sâu mô phỏng sinh học: quan sát cơ thể người hoạt động thế nào, vì sao eo có thể xoay linh hoạt, vì sao chuyển động vai tự nhiên dù phải nâng đỡ cả cánh tay.

Tái tạo cơ bắp bằng cấu trúc mạng lưới

Thay vì chỉ làm các khớp đơn giản, IRON được bổ sung các bậc tự do dư thừa để tăng khả năng linh hoạt. Nói dễ hiểu, robot không chỉ “gập duỗi” theo một trục cứng nhắc, mà có thêm lựa chọn để điều chỉnh tư thế, cân bằng và chuyển hướng. Mục tiêu là tái tạo những chuyển động vốn rất “đời thường” ở người: xoay eo, chuyển hông, đổi hướng mượt mà khi đang bước.

“Cơ sở dữ liệu” của cơ thể: khi lớp da không chỉ để đẹp

Sau phần khung, IRON bước sang một lớp phát triển nghe lạ tai: tạo “cơ sở dữ liệu” cho cơ thể. Ở đây, có thể hiểu đó là hệ cấu trúc bên trong và lớp vật liệu mềm bên ngoài giúp robot vừa giữ hình dáng, vừa phản ứng tự nhiên khi bị nén, kéo, uốn.

Nhóm phát triển lựa chọn cấu trúc chuỗi rỗng, linh hoạt, lấy cảm hứng từ dạng cấu trúc đồ chơi. Từ đó, họ thiết kế các “mạng cấu trúc” khác nhau cho từng vùng: nơi dễ bị nén thì dùng vật liệu mềm hơn; nơi cần độ cứng và khả năng hồi phục thì dùng vật liệu đàn hồi hơn. Ý tưởng là hạn chế tối đa cảm giác “cản trở” khi robot vận động, để chuyển động trôi hơn.

Một chi tiết đáng chú ý nằm ở vùng gối. Khi IRON gập chân, phần vật liệu bị nén ở bên ngoài được “dẫn” vào khoảng trống bên trong, giúp chân vẫn giữ được hình dạng tròn trịa, không bị biến dạng thô kệch. Khi robot di chuyển, lớp da đàn hồi cũng chuyển động đồng bộ với mạng cấu trúc bên trong, liên tục “ăn khớp” giữa bề mặt và chuyển động, tạo cảm giác như một cơ thể thống nhất.

Học tăng cường để giữ dáng đi mượt, dù vật liệu thay đổi

Phần khó không dừng ở vật liệu. Khi cơ thể robot dùng mạng cấu trúc và lớp da mềm, việc dự đoán chính xác các phản ứng lực trở nên phức tạp: chỉ một thay đổi nhỏ ở vật liệu cũng có thể khiến chuyển động lệch đi.

Để giải bài toán đó, nhóm phát triển thu thập lượng dữ liệu lớn, xây dựng thuật toán nhận dạng hệ thống dành riêng cho cấu trúc mạng và dùng các phương pháp tính toán để tối ưu mô phỏng. Trên nền đó, họ áp dụng học tăng cường nhằm tối ưu điều khiển, để IRON vẫn giữ chuyển động “mềm”, giống người ngay cả khi cấu trúc và vật liệu “da” thay đổi.

Cân bằng kỹ thuật và ngoại hình: “đường cong” cũng là bài toán

Với robot giống người, thẩm mỹ không chỉ là trang trí. Cấu trúc cơ khí có thể làm “gãy” các đường cong, khiến dáng vóc kém tự nhiên. Nhóm phát triển IRON cho biết họ theo đuổi “sự cân bằng tối ưu” giữa cơ khí và thẩm mỹ, tinh chỉnh tỷ lệ dựa trên cấu trúc cơ bản, thậm chí không chấp nhận sai khác chỉ vài milimét nếu làm hỏng cảm giác thị giác.

Thiết kế cơ khí mô phỏng cấu trúc của cơ thể người

Khi phần cứng, phần mềm điều khiển và thiết kế ngoại hình phối hợp nhịp nhàng, IRON hướng tới khả năng xoay eo linh hoạt, chuyển động vai tự nhiên và dáng bước tự tin hơn. Những thế hệ robot mới được mô tả là bước đi thoải mái hơn, thậm chí xuất hiện trong các màn trình diễn như sàn catwalk, như một cách “khoe” độ mượt của chuyển động.

Trong cuộc đua robot hình người, có nơi chọn chạy theo tốc độ xử lý hay trí tuệ phần mềm. IRON lại chọn con đường “xương thịt”: mô phỏng cấu trúc cơ thể, tạo da mềm có tổ chức và dạy robot chuyển động bằng dữ liệu. Nếu thành công, thứ mà IRON đem lại không chỉ là một robot đẹp hơn, mà là một cơ thể máy móc… bớt giống máy hơn.

Thủy Long