Từ những con dê núi chạy lên vách đá gần như thẳng đứng đến những con tatu lăn tròn thành một quả bóng bảo vệ, động vật đã tiến hóa để thích nghi dễ dàng với những thay đổi trong môi trường của chúng. Ngược lại, khi một robot tự động được lập trình để đạt được mục tiêu, mỗi biến thể trong đường đi được xác định trước của nó đều là một thách thức đáng kể về mặt vật lý và tính toán.
Robot biến hình Good Over All Terrains (GOAT) ở chế độ hình cầu. Tín dụng: CREATE EPFL
Các nhà nghiên cứu do Josie Hughes dẫn đầu tại Phòng thí nghiệm CREATE thuộc Khoa Kỹ thuật của EPFL muốn phát triển một robot có thể di chuyển qua nhiều môi trường khác nhau một cách thành thạo như động vật bằng cách thay đổi hình dạng khi đang bay. Với GOAT (Good Over All Terrains), họ đã đạt được điều đó—và tạo ra một mô hình mới cho quá trình di chuyển và điều khiển robot trong quá trình này.
Nhờ thiết kế linh hoạt nhưng bền bỉ, GOAT có thể tự động biến đổi giữa hình dạng "rover" phẳng và hình cầu khi di chuyển. Điều này cho phép nó chuyển đổi giữa chế độ lái, lăn và thậm chí là bơi, đồng thời tiêu thụ ít năng lượng hơn so với robot có chân tay hoặc phần phụ.
"Trong khi hầu hết các robot tính toán đường đi ngắn nhất từ A đến B, GOAT xem xét cả phương thức di chuyển cũng như đường đi cần đi", Hughes giải thích. "Ví dụ, thay vì đi vòng qua một chướng ngại vật như một dòng suối, GOAT có thể bơi thẳng qua. Nếu đường đi của nó là đồi núi, nó có thể thụ động lăn xuống dốc như một quả cầu để tiết kiệm thời gian và năng lượng, sau đó chủ động lái như một xe tự hành khi lăn không còn có lợi nữa".
Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Science Robotics.
Nguồn: Science Robotics (2025). DOI: 10.1126/scirobotics.adp6419
Tuân thủ là chìa khóa
Để thiết kế robot của mình, nhóm CREATE đã lấy cảm hứng từ khắp vương quốc động vật, bao gồm nhện, kangaroo, gián và bạch tuộc. Cách tiếp cận lấy cảm hứng từ sinh học của nhóm đã dẫn đến một thiết kế có tính tuân thủ cao, nghĩa là nó thích nghi để phản ứng với sự tương tác với môi trường, thay vì vẫn cứng nhắc.
Sự tuân thủ này có nghĩa là GOAT có thể chủ động thay đổi hình dạng để thay đổi các đặc tính thụ động, từ việc linh hoạt hơn trong cấu hình xe tự hành cho đến trở nên chắc chắn hơn khi ở dạng hình cầu.
Được chế tạo từ những vật liệu rẻ tiền, khung đơn giản của robot được làm bằng hai thanh sợi thủy tinh đàn hồi giao nhau, với bốn bánh xe không vành có động cơ. Hai dây cáp được tời kéo thay đổi cấu hình của khung, cuối cùng ngắn lại như gân để kéo chặt nó thành một quả bóng. Pin, máy tính trên bo mạch và các cảm biến được chứa trong một tải trọng nặng tới 2 kg được treo ở giữa khung, nơi nó được bảo vệ tốt ở chế độ hình cầu—giống như một con nhím bảo vệ phần bụng dưới của nó.
Robot biến hình Good Over All Terrains (GOAT) ở chế độ xe tự hành. Tín dụng: CREATE EPFL
Robot biến hình Good Over All Terrains (GOAT) ở chế độ hình cầu. Tín dụng: CREATE EPFL
Con đường ít kháng cự nhất
Tiến sĩ Max Polzin của Phòng thí nghiệm CREATE giải thích rằng việc tuân thủ cũng cho phép GOAT điều hướng với thiết bị cảm biến tối thiểu. Chỉ với hệ thống định vị vệ tinh và thiết bị đo hướng riêng của robot (đơn vị đo quán tính), GOAT không mang theo camera trên tàu: Nó đơn giản là không cần biết chính xác những gì nằm trên đường đi của mình.
"Hầu hết các robot di chuyển trên địa hình khắc nghiệt đều có nhiều cảm biến để xác định trạng thái của từng động cơ, nhưng nhờ khả năng tận dụng sự tuân thủ của chính nó, GOAT không cần cảm biến phức tạp. Nó có thể tận dụng môi trường, ngay cả khi có rất ít hiểu biết về môi trường, để tìm ra con đường tốt nhất: con đường ít cản trở nhất", Polzin nói.
Các hướng nghiên cứu trong tương lai bao gồm các thuật toán cải tiến giúp khai thác khả năng biến hình độc đáo, robot tuân thủ, cũng như mở rộng thiết kế GOAT lên và xuống để phù hợp với các tải trọng khác nhau. Nhìn về phía trước, các nhà nghiên cứu thấy nhiều ứng dụng tiềm năng cho thiết bị của họ, từ giám sát môi trường đến ứng phó thảm họa và thậm chí là thám hiểm ngoài trái đất.
"Những robot như GOAT có thể được triển khai nhanh chóng vào địa hình chưa được khám phá với hệ thống nhận thức và lập kế hoạch tối thiểu, cho phép chúng biến những thách thức về môi trường thành tài sản tính toán", Hughes nói. "Bằng cách khai thác sự kết hợp giữa cấu hình lại chủ động và thích ứng thụ động, thế hệ robot tuân thủ tiếp theo thậm chí có thể vượt qua tính linh hoạt của thiên nhiên".
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
