Các chuyên gia Mỹ lần đầu tiên đã hoàn thiện được kỹ thuật, chế tạo các cặp chân robot di chuyển như chân người. Để tạo ra phát minh đột phát này, các chuyên gia của Đại học Arizona (Mỹ) đã vận dụng kiến thức nền tảng từ lĩnh vực kiến trúc thần kinh, kiến trúc hệ cơ xương khớp, cũng như thu thập dữ ...
Các chuyên gia Mỹ lần đầu tiên đã hoàn thiện được kỹ thuật, chế tạo các cặp chân robot di chuyển như chân người.
Để tạo ra phát minh đột phát này, các chuyên gia của Đại học Arizona (Mỹ) đã vận dụng kiến thức nền tảng từ lĩnh vực kiến trúc thần kinh, kiến trúc hệ cơ xương khớp, cũng như thu thập dữ liệu từ chuyển động đi ở người.
Kết quả là đôi chân robot đạt được độ chính xác nhất về mặt sinh học so với chân người từ trước đến nay, theo chuyên san Journal of Neural Engineering dẫn tuyên bố của các nhà nghiên cứu.
Chân robot hoạt động nhịp nhàng trên máy chạy bộ - (Ảnh: Journal of Neural Engineering)
Điểm mấu chốt hệ vận động của con người chính là bộ phát mô hình trung ương (CPG), tức hệ thống thần kinh ở khu vực tủy sống ngang thắt lưng, phát ra các tín hiệu cơ nhịp nhàng, cho phép con người cứ việc bước đi mà không cần nghĩ ngợi nhiều về nó.
Một hình thái đơn giản nhất của CPG là hệ thống phân nửa, hay bộ bán trung tâm, chứa 2 dây thần kinh thay phiên nhau phát đi tín hiệu, và đó cũng là điều mà nhóm chuyên gia quyết định mô phỏng.
Thông tin được chuyển ngược về bộ bán trung tâm bằng vô số cảm biến khác nhau, bao gồm một nhóm cảm nhận lực ở chân khi bàn chân tiếp đất.
Bên cạnh các ứng dụng về lĩnh vực robot, công trình trên có thể góp phần tác động đến mức độ hồi phục ở những bệnh nhân chấn thương cột sống, theo BBC News.
Các chuyên gia tại Đại học Arizona ở Mỹ đã hoàn thiện kỹ thuật chế tạo những cặp chân robot có khả năng di chuyển tương tự chân người. Công trình này được xây dựng từ việc kết hợp kiến thức về kiến trúc thần kinh, hệ cơ xương khớp và dữ liệu thu thập trong quá trình con người đi bộ. Theo tuyên bố của nhóm nghiên cứu được chuyên san Journal of Neural Engineering dẫn lại, thiết kế mới đạt mức độ tương đồng sinh học với chân người cao hơn các mẫu chân robot trước đó.
Nhóm chuyên gia tập trung mô phỏng cách hệ vận động của con người tạo ra những chuyển động nhịp nhàng. Thành phần quan trọng trong cơ chế này là bộ phát mô hình trung ương, thường được gọi là CPG, nằm ở khu vực tủy sống ngang thắt lưng. Hệ thống thần kinh này phát ra các tín hiệu cơ theo nhịp, giúp con người bước đi mà không phải chủ động suy nghĩ về từng động tác.
Các nhà nghiên cứu lựa chọn mô phỏng một dạng đơn giản của CPG, được mô tả là hệ thống phân nửa hoặc bộ bán trung tâm. Cấu trúc này gồm hai dây thần kinh thay phiên nhau phát tín hiệu, qua đó tạo ra nhịp vận động liên tục. Việc tái tạo cơ chế luân phiên này được xem là nền tảng để đôi chân robot thực hiện các bước đi gần với chuyển động tự nhiên.
Để robot phản ứng phù hợp với môi trường vận động, thông tin được truyền ngược về bộ bán trung tâm thông qua nhiều cảm biến. Một nhóm cảm biến có nhiệm vụ ghi nhận lực tác động lên chân tại thời điểm bàn chân chạm mặt đất. Những dữ liệu này giúp hệ thống nhận biết trạng thái tiếp xúc và điều chỉnh hoạt động của chân trong quá trình bước đi.
Khi vận hành, đôi chân robot có thể chuyển động nhịp nhàng trên máy chạy bộ. Hình ảnh về quá trình thử nghiệm được Journal of Neural Engineering công bố cùng thông tin liên quan đến nghiên cứu. Kết quả cho thấy nhóm nghiên cứu đã đưa các nguyên tắc về thần kinh và cơ xương khớp vào một hệ thống robot có khả năng mô phỏng dáng đi của con người.
Điểm đáng chú ý của công trình nằm ở cách các nhà khoa học kết hợp nhiều loại dữ liệu và kiến thức nền tảng trong quá trình thiết kế. Dữ liệu về chuyển động đi ở người được sử dụng cùng với hiểu biết về cách các tín hiệu thần kinh tạo nên nhịp vận động. Cách tiếp cận này nhằm giúp chân robot không chỉ tạo ra chuyển động cơ học, mà còn phản ứng theo một mô hình gần với sinh học.
Nghiên cứu được thực hiện trong lĩnh vực robot, nhưng các nhà khoa học cho rằng kết quả có thể liên quan đến phục hồi chức năng. Theo BBC News, công trình có khả năng góp phần tác động đến mức độ hồi phục của những bệnh nhân bị chấn thương cột sống. Nguồn thông tin không nêu cụ thể phương pháp điều trị hay thời điểm ứng dụng kết quả này trong y tế.
Việc chế tạo chân robot có chuyển động tương tự chân người cho thấy vai trò của mô hình thần kinh trong thiết kế hệ thống vận động nhân tạo. Công trình cũng cung cấp một hướng tiếp cận dựa trên sự phối hợp giữa tín hiệu thần kinh, lực tiếp xúc và dữ liệu đi bộ. Tuy vậy, các thông tin được công bố trong nguồn chỉ cho biết về kết quả chế tạo và tiềm năng liên quan đến phục hồi, chưa đưa ra thêm chi tiết về các ứng dụng thực tế.
