Các nhà nghiên cứu tại Đại học Kỹ thuật Michigan đang tiến hành sử dụng côn trùng để thám hiểm các môi trường ẩn chứa nguy hiểm trước khi đưa con người tới đó tìm hiểu. Giáo sư Khalil Najafi, trưởng khoa kỹ thuật điện và máy tính, cùng tiến sĩ Erkan Aktakka đang tìm cách để thu hoạch năng lượng từ c...
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Kỹ thuật Michigan đang tiến hành sử dụng côn trùng để thám hiểm các môi trường ẩn chứa nguy hiểm trước khi đưa con người tới đó tìm hiểu.
Giáo sư Khalil Najafi, trưởng khoa kỹ thuật điện và máy tính, cùng tiến sĩ Erkan Aktakka đang tìm cách để thu hoạch năng lượng từ côn trùng, và các tiện ích của người máy thu nhỏ.
“Qua việc thu được năng lượng từ chuyến bay của côn trùng, bằng cách gắn máy ảnh điện, micro và các thiết bị cảm biến, truyền thông vào một loài côn trùng, chúng tôi có thể phát hiện ra các nguy hiểm ở các địa điểm mà con người định đi tới”, Najafi nói.
Các thiết bị giám sát môi trường gắn trên côn trùng sẽ giúp phát hiện ra các địa điểm nguy hiểm (Ảnh: physorg)
Ý tưởng chính của nghiên cứu này là để thu thập năng lượng sinh học của côn trùng hoặc nhiệt độ cơ thể hay những chuyển động của nó. Các thiết bị gắn theo sẽ được cung cấp năng lượng từ việc chuyển động cánh của côn trùng thành điện năng, do đó tuổi thọ pin sẽ được kéo dài.
Pin có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các cảm biến nhỏ được cấy vào côn trùng (chẳng hạn như một máy ảnh nhỏ, một micro hoặc cảm biến khí) để thu thập thông tin quan trọng từ môi trường nguy hiểm. Một máy phát điện xoắn ốc áp điện được thiết kế để tối đa hóa công suất đầu ra bằng cách sử dụng một cấu trúc phù hợp trong một khu vực hạn chế.
Trong một bài báo gọi là "Năng lượng thu được từ chuyến bay của côn trùng" được công bố trên Tạp chí của Micromechanics và microEngineering, nhóm nghiên cứu mô tả một số kỹ thuật quét dọn năng lượng từ chuyển động cánh và trình bày dữ liệu trên điện tử đo được từ bọ cánh cứng.
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Cơ quan dự án nghiên cứu quốc phòng tiên tiến của Mỹ. Các trường đại học đang chuẩn bị làm bằng sáng chế để đảm bảo sở hữu trí tuệ, sau đó sẽ tìm kiếm các đối tác thương mại để mang công nghệ này ra thị trường.
Tại Đại học Kỹ thuật Michigan, các nhà nghiên cứu đang phát triển ý tưởng dùng côn trùng như những “trinh sát” tí hon, tiến vào môi trường nguy hiểm trước khi con người xuất hiện. Mục tiêu không phải biến côn trùng thành robot theo nghĩa thông thường, mà tận dụng cơ thể, chuyển động và khả năng di chuyển tự nhiên của chúng. Nhờ vậy, những khu vực tiềm ẩn rủi ro có thể được khảo sát ban đầu bằng thiết bị nhỏ gắn trên côn trùng.
Giáo sư Khalil Najafi, trưởng khoa kỹ thuật điện và máy tính, hợp tác cùng tiến sĩ Erkan Aktakka để nghiên cứu cách thu hoạch năng lượng từ côn trùng. Nhóm muốn biến chuyển động cánh, nhiệt độ cơ thể hoặc hoạt động sinh học của côn trùng thành nguồn điện phục vụ các thiết bị giám sát. Cách tiếp cận này mở ra khả năng triển khai cảm biến ở những nơi con người khó tiếp cận hoặc có thể gặp nguy hiểm.
Theo Najafi, khi năng lượng từ chuyến bay của côn trùng được khai thác, các thiết bị như máy ảnh điện, micro, cảm biến và hệ thống truyền thông có thể được gắn lên cơ thể chúng. Những “trinh sát” sống này sẽ thu thập thông tin, giúp con người nhận biết nguy hiểm tại địa điểm dự định tiến vào. Dữ liệu ban đầu có thể hỗ trợ việc đánh giá môi trường trước khi các nhóm nghiên cứu hoặc lực lượng chuyên trách trực tiếp tiếp cận.
Ý tưởng trung tâm của công trình là thu năng lượng sinh học sẵn có, thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào những viên pin nhỏ với dung lượng hạn chế. Chuyển động cánh của côn trùng có thể được chuyển đổi thành điện năng, qua đó kéo dài thời gian hoạt động của các thiết bị đi kèm. Pin vẫn giữ vai trò cung cấp năng lượng, nhưng hệ thống thu điện bổ sung sẽ giúp giảm tốc độ tiêu hao trong quá trình làm việc.
Nguồn điện này có thể vận hành những cảm biến siêu nhỏ được cấy hoặc gắn trên côn trùng, tùy theo thiết kế của từng nhiệm vụ. Các thiết bị được đề cập gồm máy ảnh nhỏ, micro và cảm biến khí, cho phép ghi nhận nhiều dạng thông tin khác nhau trong môi trường. Những dữ liệu đó đặc biệt hữu ích khi khu vực khảo sát chứa chất nguy hiểm, điều kiện khắc nghiệt hoặc nguy cơ chưa được xác định rõ.
Để nâng hiệu quả thu năng lượng trong không gian hạn chế, nhóm nghiên cứu thiết kế một máy phát điện xoắn ốc áp điện. Cấu trúc này được tối ưu nhằm khai thác chuyển động cánh và tạo công suất đầu ra cao hơn trong kích thước nhỏ. Đây là yêu cầu quan trọng, bởi thiết bị quá lớn hoặc quá nặng có thể ảnh hưởng đến khả năng bay và hoạt động tự nhiên của côn trùng.
Trong bài báo mang tên “Năng lượng thu được từ chuyến bay của côn trùng”, đăng trên Tạp chí của Micromechanics và microEngineering, nhóm đã trình bày nhiều kỹ thuật thu năng lượng. Công trình đồng thời cung cấp dữ liệu về điện năng đo được từ bọ cánh cứng, qua đó cho thấy tiềm năng sử dụng chuyển động của côn trùng cho các ứng dụng điện tử. Nghiên cứu nhận tài trợ từ Cơ quan dự án nghiên cứu quốc phòng tiên tiến của Mỹ, đơn vị thường quan tâm đến công nghệ trinh sát và thiết bị thu nhỏ.
Bước tiếp theo của các trường đại học là chuẩn bị hồ sơ bằng sáng chế để bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ liên quan đến công nghệ này. Sau đó, nhóm nghiên cứu sẽ tìm kiếm các đối tác thương mại nhằm đưa giải pháp từ phòng thí nghiệm ra thị trường. Nếu được phát triển thành công, côn trùng có thể đảm nhiệm vai trò khảo sát sơ bộ, giúp con người hiểu rõ hơn về những môi trường nguy hiểm trước khi đặt chân vào.
