Buzz
Thiên nhiên luôn là nguồn cảm hứng vô tận đối với con người, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ, nhiều loài động vật đã trở thành nguồn cảm hứng để tạo ra các loại robot có thể hoạt động trong môi trường đặc biệt hoặc ngoài vũ trụ.
Nếu bạn là người thích dạo chơi công viên, chắc chắn bạn đã từng nhìn thấy hình ảnh những chú chim nhảy múa vui vẻ trên cành cây. Bạn có để ý rằng dù cành cây to hay nhỏ, nhẵn hoặc gồ ghề, có rêu hay không, loài chim vẫn luôn hạ cánh an toàn và dễ dàng, thậm chí chúng có thể ngủ trên đó mà không gặp khó khăn gì.
Các nhà khoa học đã quan sát và tinh ý phát hiện hiện tượng này từ rất sớm, và họ đã học hỏi điều này từ các loài chim. Sau nhiều năm nghiên cứu và phát triển, họ đã thành công trong việc lấy cảm hứng từ loài chim để ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ drone (thiết bị bay tự động). Họ đã tạo ra một con robot có tên SNAG, sử dụng cơ chế hoạt động linh hoạt giống như đôi chân của loài chim, con robot này có thể bay lượn xung quanh, đậu trên nhiều bề mặt khác nhau và nắm vật thể bằng đôi chân của mình.
Mark Cutkosky, kỹ sư tại Đại học Stanford, Hoa Kỳ, và David Lentink, giáo sư tại Đại học Groningen, Hà Lan, đã lấy cảm hứng từ loài chim và phát minh ra SNAG.
Làm thế nào các loài chim có thể thực hiện kỹ năng này? Làm thế nào các nhà khoa học học được kỹ thuật từ loài chim để thêm một cặp móng vuốt đáng tin cậy như vậy vào máy bay không người lái?
Tự nhiên có rất nhiều loài chim, và khả năng nắm cành của chúng không phải loài nào cũng giống nhau. Các loài chim như đà điểu, hồng hạc hoặc vịt không có khả năng bay xa hoặc đậu trên cây, và móng vuốt của chúng khá yếu; trong khi đó, hầu hết các loài chim khác lại có khả năng đứng trên cành khá ổn định, thậm chí có thể ngủ trên những cành cây phủ đầy rêu.
Thực tế, yếu tố quan trọng nhất góp phần vào khả năng này của loài chim là cấu trúc đặc biệt của móng vuốt. Qua hàng ngàn năm tiến hóa, mỗi chi tiết của móng vuốt chim đã được tối ưu cho hành động nhỏ 'cầm nắm'.
Hãy bắt đầu với lớp da. Hầu hết các loài chim có cấu trúc vảy và sừng trên bàn chân, giúp tăng diện tích tiếp xúc và ma sát giữa móng và mặt đất, cây cối, giúp chim có thể cầm nắm trên bề mặt trơn trượt một cách vững chắc.
Ngoài ra, lớp da này cứng và không có dây thần kinh đau, đảm bảo chim có thể hạ cánh xuống các cành cây hoặc mặt đất gồ ghề mà không lo bị cắt, xước.
Không chỉ lớp da và móng vuốt, cơ, dây chằng và xương của chim hoạt động như một máy móc tinh tế, hỗ trợ nhau hoạt động một cách chính xác. Móng của chim được tối ưu để quấn quanh cành cây, và hành động nhỏ 'ngồi xuống' kích hoạt chuỗi cơ để kẹp chặt cành.
Điều đáng ngạc nhiên là, không giống như bàn tay con người bị căng ra khi nắm vật, các cơ ở móng vuốt của loài chim được thả lỏng khi chúng siết chặt lại, giúp chim tiết kiệm năng lượng khi hạ cánh và có thể cất cánh dễ dàng.
Do đó, lũ chim có thể dễ dàng đứng trên cành và chợp mắt. Hơn nữa, chim có thể duy trì sự cân bằng và điều chỉnh cơ thể dù một nửa bộ não đang ngủ.
Trong một thời kỳ trước đây, con người đã học từ cách chim bay, từ đó phát triển ra máy bay. Mặc dù máy bay hiện đại không giống cánh của loài chim, nhưng vẫn lấy cảm hứng từ chúng để phát triển. SNAG là minh chứng cho điều này, là kết quả của sự học hỏi từ các loài chim.
SNAG được sản xuất bằng công nghệ in 3D, sử dụng vật liệu nhẹ, chắc chắn và bền. Cấu trúc tổng thể của nó được lấy cảm hứng từ móng vuốt của đại bàng, bao gồm cả biểu bì móng chân, xương và các gân kết nối chính.
Bề mặt của móng vuốt SNAG có các miếng đệm ngón chân để tăng cường ma sát và các đầu vuốt để đảm bảo đủ ma sát với bề mặt tiếp xúc. Hệ thống truyền động bao gồm bánh răng và thanh kết nối, tương tự như cấu trúc của gân xương trong móng vuốt của đại bàng, đảm bảo sự cứng cáp và tiêu thụ năng lượng thấp.
Thiết kế của SNAG được mô phỏng dựa trên móng vuốt của đại bàng, cho phép nó bám vào nhiều bề mặt khác nhau trong thời gian dài, bao gồm cả cành cây và mặt đất không bằng phẳng. Nó cũng có khả năng nắm bắt và di chuyển các đồ vật được chỉ định, tương tự như móng vuốt của một con đại bàng thực sự.
Giống như móng vuốt của loài chim, nhiệm vụ chính của móng vuốt cơ học này là hạ cánh và thực hiện hành động nắm bắt, cả hai chức năng này đều có ý nghĩa đặc biệt đối với hoạt động thực tế của máy bay không người lái.
Đầu tiên, tiết kiệm năng lượng là một trong những yếu tố quan trọng để đánh giá hiệu suất của máy bay không người lái. Trong các nhiệm vụ như theo dõi động vật hoang dã và khảo sát tình hình, thiết bị bay không người lái phải hoạt động trong thời gian dài, vì vậy nguồn điện hiện tại không đáp ứng được. Nếu SNAG được sử dụng để hạ cánh, mức tiêu thụ năng lượng sẽ giảm hơn 1/10 so với thông thường, điều này giúp giảm đáng kể nhu cầu năng lượng của máy bay không người lái.
Thứ hai, khả năng lấy và vận chuyển hàng hóa cũng trở nên quan trọng hơn đối với tính ứng dụng tổng quát của máy bay không người lái. Trong một số môi trường như hầm mỏ đầy khí độc, đầm lầy nơi sinh vật nguy hiểm ngụy trang, UAV có thể thực hiện nhiệm vụ phát hiện, lấy mẫu và vận chuyển hàng hóa một cách nhanh chóng.
Mặc dù hiện tại, SNAG vẫn còn một số vấn đề như thao tác cầm nắm yêu cầu sự can thiệp thủ công và không thể tự động nhận biết các bề mặt phức tạp để tự động thích ứng, nhưng nó vẫn mở ra một không gian lớn cho sự sáng tạo và phát triển trong tương lai.
Trong tương lai, SNAG có thể trở thành phần cơ bản của UAV trong những tình huống phức tạp, thực hiện hoạt động kéo dài và thu thập mẫu linh hoạt, đồng thời có thể phát sáng trong các ứng dụng khác như robot.
SNAG đại diện cho một thành tựu tinh tế khác được con người học hỏi từ loài chim và là một bước tiến trong phát triển của robot sinh học. Khoa học thực ra là việc tạo ra tiến bộ thông qua sự khám phá, cảm hứng và sáng tạo không ngừng, từ đó học hỏi từ tự nhiên, hiểu rõ các nguyên tắc và biến chúng thành sức mạnh của sự tiến bộ nhân loại.
