Các nhà nghiên cứu tại Viện cộng nghệ Massachusetts (MIT, Mỹ) đã phát triển một hệ thống điều khiển mới cho robot bay có kích thước côn trùng. So với kết quả trước đây của chính nhóm nghiên cứu, tốc độ ngang của robot tăng 447%, trong khi gia tốc tăng 255%.

Điều đáng chú ý không nằm ở việc robot bay nhanh hơn đơn thuần. Nó còn có thể thực hiện những động tác rất khó như đổi hướng gấp, nghiêng thân nhanh và lộn nhiều vòng liên tiếp mà vẫn bám khá sát quỹ đạo được lập trình.

Robot nhỏ như côn trùng, nhưng bay như một cỗ máy nhào lộn

Robot mới có kích thước tương đương một hộp microcassette và nhẹ hơn một chiếc kẹp giấy. Hai cánh đập được dẫn động bằng các cơ nhân tạo mềm, tạo ra chuyển động cánh rất nhanh.

Tuy nhiên, phần cứng tốt hơn chỉ giải quyết một nửa bài toán. Khi robot càng nhỏ và nhẹ, động lực học của nó càng khó dự đoán. Một sai số nhỏ trong lực đẩy hoặc góc nghiêng cũng có thể khiến robot mất ổn định.

Trước đây, nhóm MIT phải điều chỉnh bộ điều khiển bằng tay. Cách này hoạt động với những chuyển động đơn giản nhưng khó đáp ứng các thao tác tốc độ cao.

Nhóm của giáo sư Kevin Chen và giáo sư Jonathan How đã giải quyết vấn đề bằng hệ thống điều khiển hai tầng.

Tầng đầu tiên là bộ điều khiển dự đoán dựa trên mô hình. Nó sử dụng mô hình toán học của robot để dự đoán chuyển động và tìm ra chuỗi thao tác phù hợp. Hệ thống này có thể lập kế hoạch cho những động tác phức tạp nhưng đòi hỏi nhiều năng lực tính toán.

Tầng thứ hai sử dụng mạng học sâu được huấn luyện bằng phương pháp học bắt chước. AI học cách tái tạo hành vi của bộ điều khiển phức tạp, nhưng thực hiện các quyết định nhanh hơn nhiều để có thể điều khiển robot trong thời gian thực.

Nói cách khác, các nhà nghiên cứu dùng một “phi công” rất giỏi để dạy một “phi công” AI phản ứng nhanh.

10 cú lộn trong 11 giây

Trong thử nghiệm, robot đạt tốc độ ngang 197 cm/giây và gia tốc 11,7 m/giây². Nó có thể thực hiện 10 cú lộn liên tiếp trong 11 giây và vẫn nằm trong khoảng 4–5 cm so với quỹ đạo dự kiến.

Robot cũng được thử nghiệm trong điều kiện có gió với vận tốc khoảng 160 cm/giây. Đây là một thử thách lớn đối với thiết bị có khối lượng chưa tới 1 gram, bởi một luồng gió nhỏ cũng có thể làm thay đổi đáng kể quỹ đạo.

Nhóm nghiên cứu còn cho robot thực hiện một chuyển động gọi là saccade. Côn trùng sử dụng kiểu chuyển động này để nhanh chóng thay đổi vị trí bằng cách nghiêng thân mạnh, sau đó đổi hướng nghiêng để hãm lại.

Theo Kevin Chen, việc tái tạo được chuyển động này có thể trở nên đặc biệt hữu ích khi robot được trang bị camera và cảm biến. Nó có thể giúp robot quan sát môi trường trong quá trình di chuyển nhanh.

Từ phòng thí nghiệm đến những nơi drone không thể vào

Mục tiêu dài hạn của nhóm MIT là tạo ra những robot có thể hoạt động tự chủ thay vì phải dựa vào hệ thống camera bên ngoài để xác định vị trí.

Một ứng dụng được các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm là tìm kiếm cứu nạn. Sau động đất hoặc sập công trình, những khoảng trống giữa các khối bê tông có thể quá hẹp đối với drone thông thường. Một robot có kích thước côn trùng có thể luồn qua các khe nhỏ để tìm người mắc kẹt.

Nhưng để làm được điều đó, robot cần có camera, cảm biến và khả năng tự xác định vị trí. Nhóm MIT đang nghiên cứu cách đưa những thành phần này lên chính robot.

Họ cũng muốn phát triển khả năng cho nhiều robot bay cùng lúc mà không va chạm và có thể phối hợp tìm kiếm.

Công trình hiện vẫn là nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Robot chưa phải một thiết bị cứu hộ hoàn chỉnh và còn phải giải quyết nhiều vấn đề về nguồn năng lượng, cảm biến, tính toán trên robot và hoạt động ngoài môi trường kiểm soát.

Tuy vậy, kết quả cho thấy AI có thể giải quyết một trong những điểm yếu lớn nhất của robot siêu nhỏ: khả năng điều khiển. Khi phần cứng ngày càng nhỏ nhưng có thể tạo ra chuyển động mạnh hơn, các thuật toán AI đang giúp những “côn trùng nhân tạo” này tiến gần hơn tới sự linh hoạt của côn trùng thật.