Robot Trung Quốc có thể “cảm nhận” vật thể không cần chạm, học từ lươn điện

Các nhà khoa học Trung Quốc đã mô phỏng được hệ thống radar tự nhiên của lươn điện. Ảnh: SCMP.

Các nhà khoa học Trung Quốc vừa phát triển một loại cảm biến lấy cảm hứng từ cách lươn điện săn mồi trong vùng nước tối và đục, cho phép robot phát hiện vật thể mà không cần chạm trực tiếp vào chúng.

“Chúng tôi muốn máy móc có thể cảm nhận một vật thể đang tiến lại gần, đồng thời phân biệt vật liệu và tình trạng bề mặt của nó trước khi xảy ra tiếp xúc vật lý”, giáo sư Zhang Weiqiang tại Đại học Xidian cho biết trong một cuộc phỏng vấn video tuần trước.

Nghiên cứu được công bố vào tháng trước trên tạp chí khoa học Advanced Materials.

Nhóm nghiên cứu lấy cảm hứng từ hệ thống định vị tự nhiên của lươn điện. Loài vật này tạo ra một điện trường xung quanh cơ thể rồi phát hiện những biến dạng trong điện trường khi có vật thể ở gần. Các nhà khoa học đã mô phỏng nguyên lý tương tự: tạo điện trường, phát hiện nhiễu loạn và phân tích những thay đổi để xác định vật thể.

Cảm biến được chế tạo từ một loại fluoropolymer đặc biệt đã qua xử lý, hoạt động giống như một viên pin tĩnh điện siêu nhỏ. Sau khi được tích điện, vật liệu có thể duy trì điện tích trong thời gian dài, tạo ra một điện trường ổn định xung quanh nó.

Khi một vật thể tiến lại gần, cảm biến ghi nhận sự thay đổi của điện trường. Từ đó, hệ thống có thể suy ra độ dẫn điện, đặc tính điện môi và hình dạng hình học của vật thể.

Độ nhạy của cảm biến khá ấn tượng. Nó có thể phát hiện chuyển động chỉ 50 micromet, tương đương khoảng một nửa bề rộng sợi tóc người, và tạo ra mức thay đổi điện áp khoảng 1 volt.

Trong các thử nghiệm tại phòng thí nghiệm, cảm biến trải qua hơn 10.000 chu kỳ vật thể tiến lại gần rồi rời xa nhưng tín hiệu vẫn duy trì ổn định, không ghi nhận hiện tượng suy giảm đáng kể.

Một ưu điểm khác là công nghệ này không phụ thuộc vào điều kiện ánh sáng. Theo ông Zhang, cảm biến không chỉ phát hiện kim loại mà còn có thể nhận biết nhựa, thủy tinh, gỗ và nhiều loại vật liệu khác.

Nhóm nghiên cứu cho rằng công nghệ có thể được ứng dụng trong chế tạo robot, kiểm tra thiết bị và tương tác giữa người với robot. Nó cũng có thể bổ sung cho camera, cảm biến hồng ngoại và hệ thống cảm ứng từ trong các nhiệm vụ phát hiện vật thể không tiếp xúc.

Chẳng hạn, trên dây chuyền sản xuất, cảm biến có thể giúp robot nhận biết vật liệu của một sản phẩm từ khoảng cách nhất định. Hai vật thể có màu sắc và hình thức giống hệt nhau vẫn có thể được phân biệt nếu chúng được làm từ những vật liệu khác nhau.

Trong lĩnh vực kiểm tra không phá hủy, công nghệ này có thể được sử dụng để phát hiện các vết lõm trên kính phủ, thép không gỉ và những bề mặt khác mà không cần tác động trực tiếp lên vật thể.

Xa hơn, ông Zhang cho rằng công nghệ có thể hữu ích trong ngành hàng không vũ trụ, chẳng hạn robot hoạt động ngoài không gian, giám sát thiết bị bên ngoài tàu vũ trụ hoặc cánh tay robot thực hiện bảo trì trên quỹ đạo.

Tuy nhiên, công nghệ hiện vẫn có một hạn chế đáng kể: cảm biến phải ở khá gần vật thể mới có thể phản ứng.

“Bước tiếp theo là mở rộng phạm vi phát hiện và nâng cao độ chính xác trong những môi trường phức tạp”, ông Zhang nói.

Nếu những hạn chế này được giải quyết, nguyên lý “định vị bằng điện trường” của lươn điện có thể trở thành một phương thức mới giúp robot nhận biết thế giới xung quanh mà không cần nhìn và cũng không cần chạm.