Robot cá chép thông minh

Trong hồ nước của phòng thí nghiệm, một chú cá chép bằng nhựa uyển chuyển bơi dọc theo vành hồ, thỉnh thoảng đổi hướng khi phát hiện chướng ngại vật phía trước. Phần đầu cá có hình tam giác, gắn nhiều thiết bị điện tử cùng các bản vi mạch, trong khi thân cá ghép từ ba khớp nhựa rời. Chiếc đuôi làm bằng một mảnh nhựa dẻo giúp robot chuyển động mềm mại hơn, tạo cảm giác gần giống một sinh vật đang bơi dưới nước. Đằng sau chuyển động tưởng như đơn giản ấy là tám tháng nghiên cứu, thử nghiệm không ngừng nghỉ của bốn sinh viên cùng lớp. Nhóm gồm Đặng Minh Nhật, Nguyễn Đăng Phúc, Phạm Thành Trung và Lê Minh Thuận, đều thuộc khoa cơ khí máy, Trường đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM. Nguyễn Đăng Phúc cho biết nhóm bắt đầu chế tạo robot cá chép từ tháng 8-2010, trải qua nhiều ngày hè trực chiến tại phòng thực nghiệm open lab của trường. Trước khi lắp ráp, nhóm dành hơn một tháng chỉ để quan sát cá chép thật bơi lội, nhằm tìm hiểu cách thân, khớp nối và đuôi phối hợp khi di chuyển. Sau giai đoạn quan sát, các sinh viên tiếp tục mất gần ba tháng để khiến robot có thể chịu được môi trường nước mà không làm hỏng hệ thống bên trong. Lê Minh Thuận kể rằng dù đã tính toán kỹ lưỡng, robot vẫn bị thấm nước ngay trong những lần đầu được thả xuống hồ thử nghiệm. Khó khăn ấy buộc nhóm phải tìm cách bảo vệ từng bộ phận, từ bảng mạch điện đến các vị trí nối giữa những chi tiết nhựa trong thân cá. Cuối cùng, robot có thể hoạt động dưới nước nhờ các lớp keo silicon tản nhiệt, còn những bản mạch điện được phủ nhựa thông để hạn chế nước xâm nhập. Thành quả là một robot cá chép chưa thật bắt mắt như cá chép tự nhiên, nhưng sở hữu nhiều tính năng vượt xa vẻ ngoài thô ráp ban đầu. Robot cá chép thuộc dạng robot mô phỏng sinh học, nghĩa là hình dáng và cách vận hành được xây dựng dựa trên đặc điểm chuyển động của một sinh vật thật. Cảm biến hồng ngoại giúp robot nhận biết vật cản, từ đó chủ động tránh va chạm thay vì chỉ bơi theo một hướng cố định. Cảm biến gia tốc hỗ trợ robot giữ thăng bằng khi chịu tác động từ lực đẩy, giúp chuyển động dưới nước ổn định hơn trong quá trình vận hành. Một chiếc la bàn điện tử được tích hợp để robot định hướng theo chương trình lập trình sẵn, thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào người điều khiển bên ngoài. Camera gắn tại vị trí mắt cá có thể truyền tín hiệu hình ảnh về máy tính, giúp người sử dụng quan sát môi trường khi robot xuống nước. Cảm biến áp suất cũng cho phép xác định độ sâu mà robot đang bơi, bổ sung thông tin cần thiết cho những nhiệm vụ khảo sát dưới mặt nước. Không chỉ nhận lệnh liên tục, robot cá chép còn có thể tự hoạt động theo chương trình được cài đặt trước trong bộ điều khiển của nhóm. Hiện tại, robot có khả năng bơi ở mực nước sâu một mét, với vận tốc khoảng một centimet mỗi giây, phù hợp cho các thử nghiệm quy mô nhỏ. Tốc độ chưa cao, nhưng khả năng tự định hướng, truyền hình ảnh và ghi nhận độ sâu khiến sản phẩm trở thành mô hình công nghệ đáng chú ý. Theo Đặng Minh Nhật, robot cá chép có thể hỗ trợ giám sát đê điều, xác định nguồn ô nhiễm dưới nước và phục vụ nghiên cứu lực, dòng chảy. Sản phẩm cũng có thể được quan tâm như một món đồ chơi công nghệ cao, bởi hình thức mô phỏng cá thật kết hợp nhiều cảm biến cùng khả năng tự vận hành. Nhóm nhận định lĩnh vực chế tạo robot dưới nước khi đó còn khá mới, trong khi tài liệu trực tuyến hướng dẫn chi tiết việc xây dựng những thiết bị như vậy vẫn hiếm. Chính tình trạng nhiều kênh rạch tại TP.HCM bị ô nhiễm trầm trọng đã thôi thúc bốn sinh viên mạnh dạn thử sức với đề tài giàu tính ứng dụng này. Dù thiếu tài liệu tham khảo, nhóm vẫn kiên trì quan sát, thiết kế, chống thấm và lập trình, từng bước biến ý tưởng về một chú cá máy thành sản phẩm hoạt động được. Robot cá chép vì thế không chỉ là bài tập kỹ thuật của sinh viên, mà còn cho thấy công nghệ mô phỏng sinh học có thể hướng tới những vấn đề thực tế dưới mặt nước.