Robot sẽ linh hoạt như người

Các nhà khoa học New Zealand đã chế tạo một loại cơ nhân tạo mới, được kỳ vọng giúp robot tương lai chuyển động linh hoạt, mềm mại và gần với khả năng vận động của con người hơn. Công trình này được báo New Scientist đưa tin, trong bối cảnh giới nghiên cứu đang tìm cách thay thế những cơ cấu máy móc cứng nhắc bằng vật liệu có thể co giãn và biến dạng. Người phụ trách nghiên cứu là chuyên gia Iain Anderson, thuộc Phòng thí nghiệm phỏng sinh của Viện Kỹ thuật Sinh học Auckland, nơi trực tiếp phát triển loại cơ đặc biệt này. Theo Iain Anderson, kết quả nghiên cứu mở ra một hướng tiếp cận mới cho quá trình phát triển cơ nhân tạo, vốn có thể tạo ra chuyển động tự nhiên hơn cho máy móc. Cấu trúc của cơ gồm hai lớp mỡ carbon có khả năng dẫn điện, nằm ở hai phía của một màng polymer giãn cách điện ở giữa. Màng polymer này có thể kéo giãn tới hơn 300%, mức biến dạng đáng chú ý so với nhiều vật liệu thường xuất hiện trong các cơ cấu robot truyền thống. Khi điện áp được đưa vào cấu trúc, toàn bộ hệ thống hoạt động tương tự một tụ điện, trong đó điện tích dương và điện tích âm tích tụ ở hai phía của lớp cách điện. Hai điện tích trái dấu hút nhau, khiến lớp màng cách điện bị ép lại giữa hai bên, đồng thời bị kéo căng theo sự thay đổi của cấu trúc. Khi điện áp tắt, màng polymer đàn hồi trở lại kích thước ban đầu, tạo nên chuyển động co giãn có thể kiểm soát bằng dòng điện. Cơ vận động này được thiết kế giống một bánh xe đạp, với các dải cơ đàn hồi nối phần vành bên ngoài với trung tâm, tạo thành những nan hoa phẳng có khả năng biến dạng. Sáu cơ cùng hoạt động để làm quay trục, thay vì dựa vào một động cơ cứng truyền thống với nhiều bánh răng và bộ phận liên kết phức tạp. Các nan hoa được gắn với một vòng bọt quấn chặt quanh trục trung tâm, giúp lực tác động được truyền đều trong quá trình vận hành. Cách sắp xếp những cơ đàn hồi và vòng bọt tạo ra lực quay liên tục, cho phép hệ thống vận động mà không cần các chi tiết cứng đảm nhiệm việc truyền chuyển động. Polymer điện hóa từng được sử dụng trong những nghiên cứu trước nhằm tạo chuyển động quay, nhưng các thiết kế đó thường dựa trên cơ chế bánh cóc để duy trì sự vận hành. Thiết kế của Iain Anderson cùng các cộng sự loại bỏ bánh răng, vòng quay và những thành phần cứng tương tự, từ đó làm giảm sự phụ thuộc vào phần cứng cơ học. Điểm đáng chú ý nằm ở việc chuyển động được tạo ra chủ yếu nhờ sự co giãn của vật liệu, thay vì nhờ hàng loạt bộ phận kim loại phối hợp bên trong. Chris Melhuish, Giám đốc Phòng thí nghiệm robot Bristol, cho rằng robot sử dụng cơ nhân tạo sẽ mềm hơn và có thể bắt chước sự khéo léo, cơ động của các sinh vật sống. Khả năng này đặc biệt có ý nghĩa với những robot cần tiếp xúc an toàn với con người hoặc hoạt động trong môi trường đòi hỏi chuyển động nhẹ nhàng. Robot thông thường thường dựa vào khung cứng, bánh răng và khớp nối để duy trì hình dạng, nhưng những thành phần ấy cũng có thể hạn chế độ mềm mại khi máy phải luồn lách hoặc thích ứng. Cơ nhân tạo dựa trên polymer điện hóa đem lại một lựa chọn khác, bởi vật liệu có thể biến dạng lớn rồi trở lại trạng thái ban đầu khi nguồn điện thay đổi. Dù nghiên cứu vẫn thuộc lĩnh vực phát triển cơ nhân tạo, thiết kế mới cho thấy robot có thể vận động theo cách gần với cơ bắp sinh học hơn. Một ứng dụng được đề cập là chế tạo các thiết bị phẫu thuật nội soi đủ mềm để nhẹ nhàng đi qua những đường rạch nhỏ trên cơ thể người. Những thiết bị như vậy vẫn cần duy trì hiệu quả vận hành, đồng thời giảm sự cứng nhắc thường thấy ở dụng cụ cơ học hiện nay. Nếu hướng nghiên cứu tiếp tục đạt kết quả, cơ nhân tạo có thể mở ra nhiều ứng dụng mới, đưa robot và thiết bị y tế tiến gần hơn tới sự linh hoạt của các sinh vật sống.