Các nhà khoa học Mỹ đang nghiên cứu cách vỗ cánh bay của bướm khi rập rờn từ bông hoa này sang bông hoa khác để “dạy” cho một thế hệ robot mới có kích thước bằng một con côn trùng nhỏ. Theo Eco.ria , nghiên cứu này dựa trên sự đặt hàng của Bộ Quốc phòng Mỹ, nhằm chế tạo những robot tí hon biết bay (...
Các nhà khoa học Mỹ đang nghiên cứu cách vỗ cánh bay của bướm khi rập rờn từ bông hoa này sang bông hoa khác để “dạy” cho một thế hệ robot mới có kích thước bằng một con côn trùng nhỏ.
Theo Eco.ria, nghiên cứu này dựa trên sự đặt hàng của Bộ Quốc phòng Mỹ, nhằm chế tạo những robot tí hon biết bay (gọi tắt là MAV – Micro areal vehicle) để trinh sát, tìm kiếm và cứu hộ cũng như kiểm tra môi trường.
Nhà nghiên cứu Tiras Lin, ĐH John Hopkins, một thành viên của dự án, cho biết: "Để thực hiện các hoạt động quân sự, MAV cần phải thông thạo địa hình của một thành phố, len lỏi được qua những vị trí rất hẹp và bay theo những luồng không khí nhẹ. Con robot tí hon ấy phải cực kỳ khéo léo, linh hoạt, kể cả khôn ngoan nữa mới đáp ứng được yêu cầu”.
Những robot tí hon biết bay này sẽ có rất nhiều ứng dụng trong thực tế.
Theo ông, để “dạy” cho MAV chuyển động vừa nhanh vừa chính xác trong không gian, họ phải nghiên cứu hết sức tỉ mỉ cơ chế bay của cánh bướm. Họ dùng những camera hiện đại nhất để phân tích chuyển động của cánh bướm khi vờn quanh một bông hoa với độ chính xác tối đa. Tốc độ chụp hình của máy phải lên tới 3.000 hình độ “nét” 1 magepixel trong một giây mới đáp ứng được yêu cầu (để so sánh xin nhắc lại là một máy ảnh bình thường chỉ chụp được 24, 30 và 69 hình trong 1 giây).
Ông Lin nói: “Chúng tôi đã phải dùng một camera có tốc độ ghi hình cao đến như vậy vì mỗi giây bướm vẫy cánh đến 25 lần”.
Các nhà khoa học đặt các camera phía trước một tấm chắn trong suốt rồi thả bướm. Khi bướm bay vào “tầm ngắm” của 3 camera bố trí tại 3 góc nhìn khác nhau, sẽ bật máy để thu được khoảng 6.000 hình trên cả 3 chiều của không gian mới phân tích được cơ chế bay của bướm. Cánh bướm so với thân có khối lượng rất nhỏ nên quán tính của nó không ảnh hưởng đến sự bay.
Những nghiên cứu công phu của các nhà khoa học ĐH John Hopkins sẽ dẫn đến sự ra đời của một thế hệ robot mới mà người ta chưa hình dung hết những ứng dụng của chúng, song trước mắt là dùng vào mục đích quân sự.
Từ những cú vỗ cánh mềm mại của bướm giữa các bông hoa, các nhà khoa học Mỹ đang tìm cách tạo ra thế hệ robot bay nhỏ chỉ bằng một con côn trùng. Mục tiêu này không đơn thuần bắt chước vẻ đẹp tự nhiên, mà nhằm giải quyết bài toán điều khiển một thiết bị cực nhỏ trong những không gian phức tạp. Nếu thành công, robot có thể bay nhanh, đổi hướng chính xác, luồn qua khe hẹp, đồng thời giữ ổn định trước những luồng không khí nhẹ.
Công trình được thực hiện theo đặt hàng của Bộ Quốc phòng Mỹ, tập trung phát triển các phương tiện bay siêu nhỏ mang tên MAV, viết tắt của Micro aerial vehicle. Những thiết bị này được định hướng phục vụ trinh sát, tìm kiếm cứu hộ, kiểm tra môi trường cùng nhiều nhiệm vụ thực tế khác. Kích thước nhỏ giúp MAV tiếp cận các vị trí mà máy bay thông thường hoặc robot lớn khó đưa vào, đặc biệt trong khu vực đô thị.
Nhà nghiên cứu Tiras Lin thuộc Đại học John Hopkins, một thành viên dự án, cho rằng MAV cần am hiểu địa hình thành phố để thực hiện hiệu quả những hoạt động quân sự. Robot phải len lỏi qua những vị trí rất hẹp, bay theo các luồng không khí nhẹ, đồng thời phản ứng khéo léo trước những thay đổi liên tục xung quanh. Vì vậy, một thiết bị nhỏ như vậy cần hội tụ sự linh hoạt, chính xác, nhanh nhạy, thậm chí cả khả năng xử lý thông minh.
Để truyền những đặc điểm ấy vào máy móc, nhóm nghiên cứu phải quan sát tỉ mỉ cách bướm điều khiển đôi cánh khi bay quanh một bông hoa. Họ sử dụng các camera hiện đại để ghi lại chuyển động của cánh bướm với độ chính xác rất cao, thay vì chỉ quan sát bằng mắt thường. Từng nhịp vỗ, góc nghiêng, thay đổi hướng bay đều có thể cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc thiết kế và điều khiển MAV.
Hệ thống ghi hình phải đạt tốc độ khoảng 3.000 hình ảnh mỗi giây, với độ phân giải một megapixel cho mỗi hình, mới đáp ứng được yêu cầu phân tích chuyển động. Con số này vượt xa khả năng của máy ảnh thông thường, vốn chỉ ghi được 24, 30 hoặc 69 hình mỗi giây theo thông tin nghiên cứu. Tốc độ cực lớn giúp nhóm khoa học không bỏ lỡ những biến đổi diễn ra trong khoảng thời gian ngắn giữa hai lần bướm vỗ cánh.
Ông Tiras Lin giải thích rằng bướm có thể vẫy cánh tới 25 lần trong một giây, khiến chuyển động của nó diễn ra nhanh hơn nhiều so với cảm nhận thông thường. Các nhà khoa học bố trí camera phía trước một tấm chắn trong suốt, sau đó thả bướm bay tự do trong khu vực quan sát. Khi bướm đi vào tầm ghi hình, hệ thống đồng thời kích hoạt để thu lại từng chuyển động cần thiết.
Ba camera được đặt ở ba góc nhìn khác nhau, cho phép nhóm nghiên cứu dựng lại chuyển động của bướm trong cả ba chiều không gian. Mỗi lần ghi hình có thể tạo ra khoảng 6.000 hình ảnh từ toàn bộ hệ thống, cung cấp lượng dữ liệu đủ chi tiết để phân tích cơ chế bay. Cách tiếp cận này giúp các nhà khoa học quan sát không chỉ hướng vỗ cánh, mà còn cả sự phối hợp giữa cánh, thân, tốc độ cùng quỹ đạo bay.
Một đặc điểm đáng chú ý nằm ở chỗ đôi cánh bướm có khối lượng rất nhỏ so với phần thân, nên quán tính của cánh hầu như không ảnh hưởng đến chuyển động bay. Kết quả nghiên cứu công phu tại Đại học John Hopkins được kỳ vọng mở đường cho một thế hệ robot bay hoàn toàn mới. Ứng dụng tương lai của chúng vẫn chưa thể hình dung hết, nhưng trước mắt, nhiệm vụ quân sự là hướng sử dụng được xác định rõ ràng nhất.
