Springtails, loài bọ nhỏ thường bò qua lớp lá rụng và đất vườn, là những chuyên gia nhảy. Lấy cảm hứng từ những loài chân sáu nhảy này, các nhà nghiên cứu robot tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng John A. Paulson (SEAS) của Harvard đã tạo ra một robot biết đi, biết nhảy, vượt qua mọi giới hạn mà những chú robot nhỏ có thể làm được.
Microrobot di động Harvard được cải tiến với cơ chế nhảy lấy cảm hứng từ springtail. Tín dụng: Phòng thí nghiệm microrobot Harvard
Được công bố trên tạp chí Science Robotics, nghiên cứu này hé lộ tương lai nơi những robot siêu nhỏ nhanh nhẹn có thể bò qua những không gian nhỏ hẹp, lướt qua địa hình nguy hiểm và cảm nhận môi trường xung quanh mà không cần sự can thiệp của con người.
Robot Harvard mới được tạo ra trong phòng thí nghiệm của Robert J. Wood, Giáo sư Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harry Lewis và Marlyn McGrath tại SEAS. Đây là phiên bản cải tiến của Harvard Ambulatory Microrobot (HAMR), một nền tảng microrobotic ban đầu được mô phỏng theo loài gián khéo léo, khó giết.
Hiện nay, HAMR được trang bị một chiếc furcula rô bốt - phần phụ giống như đuôi, có chẻ đôi nằm dưới thân con bọ nhảy mà nó đẩy lên khỏi mặt đất để đưa lên không trung.
"Springtails là nguồn cảm hứng thú vị, vì chúng có mặt ở khắp mọi nơi, cả về mặt không gian và thời gian, trên các thang tiến hóa", Wood nói. "Chúng có cơ chế độc đáo này liên quan đến việc tiếp xúc nhanh với mặt đất, giống như một cú đấm nhanh, để truyền động lượng và bắt đầu cú nhảy".
Để bay lên không trung, robot sử dụng cái gọi là lò xo trung gian chốt, trong đó năng lượng tiềm tàng được lưu trữ trong một thành phần đàn hồi—furcula—có thể được triển khai trong mili giây như một máy phóng. Hiện tượng vật lý này được tìm thấy nhiều lần trong tự nhiên, không chỉ ở springtail: từ lưỡi thè ra của tắc kè hoa đến phần phụ giết con mồi của tôm bọ ngựa.
Nhóm của Wood trước đây đã tạo ra một robot đấm bốc lấy cảm hứng từ tôm bọ ngựa. "Có vẻ tự nhiên khi cố gắng khám phá việc sử dụng một cơ chế tương tự, cùng với những hiểu biết từ các cú nhảy springtail, cho các robot nhảy nhỏ", Wood cho biết.
Furcula của springtail cũng đơn giản một cách tao nhã, chỉ gồm hai hoặc ba đơn vị liên kết. "Tôi nghĩ rằng sự đơn giản là điều ban đầu đã quyến rũ tôi khám phá loại giải pháp này", tác giả đầu tiên và cựu nghiên cứu viên SEAS Francisco Ramirez Serrano cho biết.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng quy trình chế tạo vi mô hợp lý tiên phong trong phòng thí nghiệm Wood để phát triển robot nhẹ bằng kẹp giấy, có kích thước bằng lòng bàn tay, có thể đi bộ, nhảy, leo trèo, tấn công và thậm chí là xúc các vật thể.
Robot này thể hiện một số cú nhảy xa nhất và cao nhất so với bất kỳ robot nào hiện có so với chiều dài cơ thể; hiệu suất tốt nhất của nó là 1,4 mét, hoặc gấp 23 lần chiều dài của nó. Ngược lại, một robot tương tự có thể nhảy xa gấp đôi nhưng nặng hơn robot Harvard 20 lần.
Ảnh tĩnh của robot lấy cảm hứng từ springtail. Tín dụng: Phòng thí nghiệm vi mô Harvard
Serrano cho biết: "Các loại microrobot hiện có có thể di chuyển trên địa hình bằng phẳng và nhảy không có được sự nhanh nhẹn như nền tảng của chúng tôi".
Nhóm nghiên cứu đã kết hợp các mô phỏng máy tính chi tiết vào thiết kế của robot để giúp nó hạ cánh tối ưu mọi lúc, kiểm soát chính xác độ dài của các liên kết, lượng năng lượng được lưu trữ trong chúng và hướng của robot trước khi cất cánh.
Việc tích hợp mọi khả năng thể thao vào một robot nhẹ khiến nhóm nghiên cứu rất hào hứng về tương lai khi những chú robot như thế này có thể di chuyển đến những nơi mà con người không thể hoặc không nên di chuyển.
"Đi bộ cung cấp một chế độ di chuyển chính xác và hiệu quả nhưng bị hạn chế về khả năng vượt chướng ngại vật", Wood cho biết. "Nhảy có thể vượt qua chướng ngại vật nhưng ít được kiểm soát hơn. Sự kết hợp của hai chế độ này có thể hiệu quả để điều hướng trong môi trường tự nhiên và không có cấu trúc".
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
