Thiết bị bay 4 cánh siêu nhỏ RoboBee X-Wing

Trước đây, khả năng của RoboBee còn khá hạn chế, do vẫn cần kết nối với bộ nguồn. Tuy nhiên, những nhà nghiên cứu tại đại học Harvard đã cải tiến ra phiên bản RoboBee X-Wing, được gắn thêm một bộ cánh kèm với pin năng lượng mặt trời, giúp robot này có thể bay xa hơn. Mặc dù vậy, pin này mới chỉ có khả năng hỗ trợ bay trong nửa giây, và chỉ hoạt động tốt trong nhà.

Nhưng đây chỉ là khởi đầu. RoboBee X-Wing hiện tại đang là dạng máy bay 4 cánh nhỏ nhất, với chiều ngang chỉ vài inch, và nặng chưa tới 10 gram – tức có kích thước tương với các thiết bị bay khác, nhưng lại nhẹ nhất trong số các thiết bị bay không nối nguồn. Nếu được phát triển hơn nữa, robot này có thể được ứng dụng trong khoa học vũ trụ.

Thiết bị bay nhỏ 4 cánh nhỏ nhất

Khối lượng nhẹ khiến cho RoboBee X-Wing không thể sử dụng pin, vì vậy, các kỹ sư đang nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời trực tiếp lên thiết bị. Trong đó, pin mặt trời mini sẽ được gắn trên một trục nằm phía trên 4 cánh để tránh cản trở luồng khí (còn các thành phần điện tử khác sẽ được gắn phía dưới cánh, đối diện với pin, biến cánh trở thành trọng tâm của lực.)

Việc nâng cấp RoboBee từ 2 cánh lên 4 cánh cũng không hề đơn giản. Trong các thiết kế trước, mỗi cánh của RoboBee được vận hành bởi một động cơ hoặc bộ truyền động riêng. Tuy nhiên, với thiết kế mới, 2 cánh mới lại được gắn với 2 cánh cũ.

Vậy tại sao lại cần sử dụng tới 4 cánh trong khi RoboBee cũ vẫn hoạt động hoàn toàn ổn định? Với số cánh nhân đôi, hiệu năng của RoboBee sẽ tăng khoảng 30%, giúp hỗ trợ trọng lượng của pin mặt trời và các thiết bị điện tử khác.

Ông E. Farrell Helbling – Kỹ sư tại Đại học Havard, đồng tác giả của bài nghiên cứu về robot này trên tạp chí Nature đã bày tỏ: “Việc chuyển từ 2 cánh sang 4 cánh là để tăng tải trọng nhưng vẫn hạn chế năng lượng tiêu thụ. Sự thay đổi này giúp robot có thể hoạt động với số lượng pin tối thiểu và trọng lượng nhẹ nhất.”

Trong quá trình thử nghiệm, các nhà nghiên cứu lắp đặt đèn phía trên robot để sạc pin năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, kể cả với điều kiện ánh sáng như vậy, RoboBee X-Wing vẫn chỉ có thể bay trong nửa giây. Do đó, để có thể thực sự sử dụng RoboBee X-Wing trong nhiều điều kiện, ta cần cải tiến công nghệ pin mặt trời, cũng như giảm khối lượng của pin.

Ngoài ra, robot này còn phải học hỏi rất nhiều: như cách chống lại gió hoặc di chuyển trong điều kiện thật. “Quá trình nghiên cứu hệ thống này đã yêu cầu chúng tôi phải thật sự suy nghĩ về cách tối ưu hóa mọi thứ,” ông Noah Jafferis, nhà robot học tại Havard, tác giả chính của bài nghiên cứu chia sẻ.

Có rất nhiều trở ngại về mặt vật lý cho việc bay. Theo Nick Gravish, nhà nghiên cứu robot và sinh học tại UC San Diego cho rằng “để một thiết bị có cánh với kích thước nhỏ có thể bay, nó sẽ cần vỗ cánh liên tục. Việc dựa vào dự trữ năng lượng trong quá trình lướt hoặc vỗ cánh nhẹ đơn thuần là không thể.” Về cơ bản, RoboBee hoạt động như chim ruồi và ong – với đôi cánh vỗ liên tục, và trái ngược với hải âu – với những đôi cánh khổng lồ, bay trên mặt biển một cách chậm rãi.

Cảm hứng từ tự nhiên là một yếu tố khá thú vị trong chế tạo robot. Mặc dù các kỹ sư không thể sao chép mọi cơ chế của côn trùng (cơ, hệ thần kinh, cấu tạo cánh), họ lại có thể xây dựng những “robot động vật” hoàn toàn mới, với những bộ truyền động thay cho cơ, và pin thay cho năng lượng lấy từ thức ăn.

“Chúng tôi phải đối mặt với những hạn chế mà côn trùng không có, và côn trùng cũng phải đối mặt với những hạn chế mà chúng tôi, những kỹ sư không có,” ông Matěj Karásek, nhà sáng chế robot với khả năng hạ cánh và lặn như ruồi giấm tại Đại học Công nghệ Delft chia sẻ. “Kể cả khi chúng ta cố tình mô phỏng tự nhiên, thì kết quả cũng sẽ không giống như chúng ta kỳ vọng.”

RoboBee X-Wing không thể có cùng khả năng giống con trùng, nhưng trong tương lai, nó có thể vượt qua những khả năng đó. Một bộ truyền động tốt hơn sẽ tăng tốc độ và sự nhanh nhẹn của robot, pin mặt trời tốt hơn sẽ kéo dài thời gian hoạt động của nó. Một khi robot này có thể đạt được những tiềm năng đó, với kích thước nhỏ, nó sẽ vô cùng hữu hiệu trong việc giám sát môi trường, hoặc bay trong những không phận nhạy cảm.

Hơn nữa, những cải tiến về công nghệ cho kích thước nhỏ cũng sẽ hữu dụng trong nhiều trường hợp khác. Helbing cho biết: “Đương nhiên, cải tiến sẽ cần thiết với RoboBee, nhưng chúng cũng có thể được ứng dụng trong những thiết bị mini khác, ví dụ như trong y tế. Tiềm năng cho sự phát triển lĩnh vực này là vô hạn.”

Hãy cùng mong đợi những cải tiến của RoboBee X-Wing trong tương lai.