Robot tái hiện bước tiến hóa về khả năng bay của sinh vật

Tại Đại học California, Berkeley (UC Berkeley), các kỹ sư nghiên cứu phỏng sinh học đã tìm cách cải thiện một robot mô phỏng con rệp bò bằng cách bổ sung cho nó một đôi cánh. Robot ban đầu mang tên DASH, viết tắt của Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod, có sáu chân, thân dài khoảng 10cm, được thiết kế chủ yếu để di chuyển linh hoạt trên các bề mặt. Khi được gắn thêm cánh, robot đổi tên thành DASH+Wings, trở thành công cụ giúp nhóm nghiên cứu khảo sát tác động của việc vỗ cánh lên một sinh vật vốn vận động bằng chân. Thoạt nhìn, đôi cánh trên một robot nhỏ chuyên bò có vẻ là chi tiết hơi dư thừa, bởi thiết bị này chưa đủ khả năng cất mình khỏi mặt đất bằng lực nâng khí động học. Tuy nhiên, thử nghiệm cho thấy cánh vẫn tạo ra thay đổi đáng kể, giúp DASH+Wings chạy nhanh gấp đôi so với phiên bản DASH nguyên bản. Khả năng leo dốc của robot cũng tăng mạnh, khi DASH+Wings có thể vượt những bề mặt dốc hơn ba lần so với giới hạn mà DASH đạt được. Những kết quả ấy cho thấy cánh không nhất thiết phải giúp một sinh vật bay ngay lập tức mới tạo ra lợi thế, bởi chúng còn có thể hỗ trợ vận động trên mặt đất. Trong một cấu hình đặc biệt, khi các chân robot được thiết kế không đều nhau như phần cuối video giới thiệu, đôi cánh còn giúp DASH+Wings trượt về phía trước. Phát hiện này gợi mở một kịch bản chuyển tiếp thú vị, trong đó những cấu trúc ban đầu chưa tạo ra chuyến bay hoàn chỉnh vẫn có thể cải thiện tốc độ hoặc khả năng vượt địa hình. Với các nhà nghiên cứu, robot không chỉ là một cỗ máy trình diễn, mà còn đóng vai trò mô hình thử nghiệm cho những câu hỏi tiến hóa khó kiểm chứng trực tiếp. Một trong các câu hỏi đó liên quan đến cách những sinh vật đầu tiên từng phát triển khả năng bay, từ những chuyển động hỗ trợ chạy nhảy đến hình thức di chuyển trên không. Nhiều giả thuyết về nguồn gốc của khả năng bay ở động vật gặp trở ngại vì hồ sơ hóa thạch còn thiếu, khiến các giai đoạn chuyển tiếp quan trọng khó được quan sát đầy đủ. Hóa thạch có thể cho biết hình dạng cơ thể tại một thời điểm, nhưng thường không cho thấy rõ những cấu trúc ấy đã hoạt động thế nào trong môi trường tự nhiên. DASH+Wings cung cấp một cách tiếp cận khác, khi cho phép các kỹ sư thay đổi thiết kế, quan sát chuyển động, đo hiệu quả, rồi so sánh trực tiếp giữa những phiên bản robot. Khả năng trượt của robot đặc biệt đáng chú ý, vì nó gợi ý rằng các cấu trúc giống cánh có thể mang lại lợi ích vận động trước khi sinh vật đạt năng lực bay thực sự. Trong bối cảnh đó, việc vỗ cánh không chỉ được xem như bước chuẩn bị cho cất cánh, mà còn như một phương thức hỗ trợ chạy nhanh hoặc vượt mặt dốc. Nhóm nghiên cứu có sự tham gia của Tiến sĩ Ron Fearing cùng các sinh viên, những người theo đuổi hướng phát triển robot dựa trên nguyên lý và hình thái của sinh vật. Cách làm phỏng sinh học này không sao chép nguyên vẹn một loài cụ thể, mà chọn lọc các đặc điểm tự nhiên để kiểm tra tác động của chúng trong một hệ thống có thể kiểm soát. DASH+Wings vì thế giúp biến một câu hỏi tiến hóa trừu tượng thành chuỗi thử nghiệm cụ thể, nơi tốc độ, độ dốc và khả năng trượt đều có thể được quan sát. Robot cũng cho thấy sự tiến hóa có thể bắt đầu từ những thay đổi mang lại lợi ích nhỏ, trước khi các đặc điểm mới đảm nhiệm chức năng hoàn toàn khác biệt. Ngoài DASH+Wings, phòng thí nghiệm Biomimetic Millisystems Laboratory của UC Berkeley còn phát triển nhiều robot lấy cảm hứng từ thế giới động vật. Danh sách này gồm Octoroach, robot tám chân có kích thước tương đương một bàn tay, cùng BOLT, tên viết tắt của Bipedal Ornithopter for Locomotion Transitioning. Các dự án ấy phản ánh nỗ lực mở rộng nghiên cứu từ robot bò sát mặt đất đến những thiết bị có thể chuyển đổi giữa nhiều kiểu vận động khác nhau. Từ một robot sáu chân dài 10cm, nhóm nghiên cứu đã tạo ra mô hình minh họa sinh động cho khả năng các cấu trúc giống cánh từng bước hỗ trợ sinh vật tiến gần hơn đến thế giới bay.