Kỹ sư người Nhật đã phát triển một AI có khả năng đo lường sức mạnh của sinh vật, tương tự chiếc kính Scouter trong "7 viên ngọc rồng".

Chúng ta đã sống đủ lâu để chứng kiến một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản biến một phát minh trong truyện tranh Nhật Bản thành hiện thực ngoài đời.

Bất kỳ ai từng đọc bộ truyện tranh Dragonball hay 7 viên ngọc rồng chắc chắn đều ấn tượng với chiếc kính Scouter, một thiết bị có khả năng đo sức mạnh của người hoặc sinh vật đối diện.

Khi Raditz, chiến binh Saiyan đầu tiên, đáp xuống Trái Đất, hắn sử dụng chiếc kính Scouter để đo sức mạnh của một người nông dân cầm súng, có chỉ số chỉ 5.

"Hành tinh quái gì thế này", Raditz thốt lên, trong bối cảnh bộ truyện, hắn và hầu hết người Saiyan đều có sức mạnh từ hàng nghìn đến hàng trăm nghìn.

Với thiết kế độc đáo và ý tưởng hoạt động dễ hiểu nhưng vô cùng thú vị, không có gì ngạc nhiên khi chiếc kính Scouter trở thành biểu tượng của bộ truyện, đồng thời là một trong những món đồ chơi ăn theo bán chạy nhất từ Dragonball .

Tưởng chừng chỉ là đồ chơi, nhưng chúng ta đã sống đủ lâu để chứng kiến một kỹ sư Nhật Bản tạo ra cơ chế đo sức mạnh sinh vật, biến những chiếc kính Scouter đồ chơi thành sản phẩm thực tế.

Anh ấy đã chứng minh rằng sức mạnh của tất cả sinh vật, bao gồm con người, đều có thể được đo lường.

Nhưng làm thế nào để đo sức mạnh của một sinh vật sống?

Khi xét đến sức mạnh của các cỗ máy, xe cộ hay máy tính, con người có các chỉ số rõ ràng để đo lường chúng. Ví dụ, một cần cẩu 10 tấn có khả năng nâng 10 tấn, hay một chiếc ô tô Vinfast 8 với công suất 402 mã lực, có khả năng sinh công 300 kW và tăng tốc từ 0 đến 100 km/h trong 5,3 giây.

Thật kỳ lạ khi các nhà khoa học có thể sử dụng "mã lực" để đo lường sức mạnh của động cơ. Tuy nhiên, việc tính toán sức mạnh của một sinh vật sống lại phức tạp hơn nhiều.

Ví dụ, một con cá có sức mạnh tương đương bao nhiêu mã lực? Một người bình thường có thể sinh công tối đa bao nhiêu? Ngay cả sức mạnh của một con ngựa, thực tế cũng không chính xác bằng 1 mã lực.

Việc đo sức mạnh của một sinh vật gặp khó khăn vì chúng là thực thể sinh học phức tạp, với các cơ chế sinh công từ nhiều nhóm cơ bắp khác nhau trên cơ thể, thay vì chỉ từ một bộ phận duy nhất như động cơ của một chiếc xe.

Tuy nhiên, các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp đo sức mạnh sinh vật mang tên Dynamic Body Acceleration (DBA) hay "Gia tốc chuyển động cơ thể", theo tiến sĩ Kota Ishikawa, một kỹ sư tại Khoa Vật lý Sinh học Biển thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa, Nhật Bản.

DBA hoạt động bằng cách đo gia tốc của các chuyển động trên cơ thể sinh vật, ví dụ như sự chuyển động của tứ chi, để ước tính năng lượng mà sinh vật tiêu thụ dựa trên lượng oxy được sử dụng trong quá trình đó.

Quá trình ban đầu được thực hiện trong phòng thí nghiệm, nơi các nhà khoa học đưa sinh vật, như một con ngựa, vào trong một chiếc hộp và yêu cầu nó chạy trên một máy chạy bộ.

Con ngựa được gắn gia tốc kế vào tứ chi để ghi lại các thông số chuyển động. Lượng oxy trong hộp được đo liên tục và đồng bộ với các chuyển động đó. Dựa trên mức oxy bị tiêu thụ và chuyển thành CO2, các nhà khoa học sẽ ước tính được năng lượng mà con ngựa sử dụng trong mỗi bước chạy.

Oxy là một chỉ số tốt để đo năng lượng, vì nó được sử dụng trong quá trình hô hấp hiếu khí để tạo ra ATP – 'nhiên liệu' cung cấp năng lượng cho hầu hết các hoạt động của cơ thể, bao gồm cả việc co cơ.

Gia tốc của động vật được đo đồng thời bằng máy đo gia tốc, và trong hầu hết các trường hợp, nhờ mối quan hệ mạnh mẽ giữa gia tốc và mức tiêu thụ oxy trong quá trình thực hiện hành vi, DBA cung cấp ước tính chính xác về mức tiêu thụ năng lượng, theo tiến sĩ Ishikawa.

Giờ đây, khi đã có bộ thông số, các nhà khoa học có thể tính toán mức năng lượng của những con chuột trong tự nhiên mà không cần phải đưa chúng vào hộp nữa, chỉ bằng cách quan sát gia tốc của các chuyển động và lượng oxy tiêu thụ trong hộp.

Quá trình tương tự cũng có thể áp dụng cho con người, điển hình là các vận động viên thể thao và cầu thủ bóng đá thường xuyên mặc bộ đồ có cảm biến gia tốc để đo nhịp tim và mức tiêu thụ năng lượng.

Nếu bạn tò mò, một con ngựa thực tế có sức mạnh tương đương 15 mã lực, còn 1 mã lực tương đương với sức mạnh của một người trưởng thành bình thường.

Đo DBA thông qua video AI

DAB hiện là công nghệ hiệu quả nhất để đo sức mạnh của một sinh vật sống, mặc dù nó có một yêu cầu quan trọng: sinh vật phải được gắn cảm biến gia tốc trên cơ thể.

Nói cách khác, bạn không thể chỉ đeo kính như Scouter và ngay lập tức đo được sức mạnh của một người mới gặp. Bạn cần phải gắn cảm biến gia tốc lên các bộ phận cơ thể của họ và đưa họ vào trong hộp thì mới có thể đo được khả năng sinh công của họ.

Bên cạnh đó, phương pháp DBA sử dụng cảm biến gia tốc cũng gặp phải một số hạn chế về mặt vật lý.

"Để đảm bảo độ chính xác mà không ảnh hưởng đến hành vi của động vật khi quan sát, các nhà nghiên cứu phải sử dụng thiết bị có trọng lượng nhẹ hơn ít nhất mười lần so với trọng lượng của động vật."

Với trọng lượng của máy đo gia tốc và bộ pin từ 10-20 gram, điều này khiến việc nghiên cứu các loài động vật dưới 100 gram trở nên khó khăn, chiếm khoảng một nửa số loài động vật có xương sống trên thế giới", tiến sĩ Ishikawa chia sẻ.

"Trong số các loài động vật có xương sống, động vật có trọng lượng dưới 100 gram chiếm 51,5% tổng số động vật có vú, 68,6% loài chim, 77,7% loài bò sát, 94,6% loài lưỡng cư và 52,7% loài cá."

Hiện nay, nhóm của tiến sĩ Ishikawa đang nỗ lực vượt qua rào cản này bằng cách loại bỏ yêu cầu gắn cảm biến gia tốc lên sinh vật, điều này giờ đây đã có thể thực hiện được nhờ vào trí tuệ nhân tạo (AI).

Ý tưởng của giải pháp này rất đơn giản: thay vì sử dụng máy đo gia tốc vật lý để theo dõi chuyển động, tiến sĩ Ishikawa sẽ dùng camera để "học" các chuyển động và hành vi của sinh vật. Các khung hình quay từ nhiều góc độ sẽ giúp tái tạo hành vi của sinh vật trong môi trường ảo 3D.

Các hành vi này sẽ được dùng để tính toán gia tốc chuyển động của từng bộ phận trên cơ thể sinh vật. Một mạng nơ-ron học sâu sẽ sử dụng dữ liệu này để đồng bộ chuyển động của sinh vật ghi lại từ video với mức năng lượng mà sinh vật tiêu thụ.

Về lý thuyết, nếu mạng học sâu này được cung cấp đủ dữ liệu, nó có thể khái quát mức năng lượng của từng sinh vật xuất hiện trong video, trong từng hành động mà không cần gắn cảm biến gia tốc hoặc đưa chúng vào hộp đo nồng độ oxy nữa.

Đây chính là cơ chế hoạt động của một chiếc kính Scouter. Chỉ cần quan sát một sinh vật hoạt động, thuật toán AI có thể ước tính năng lượng mà sinh vật đó đang tiêu thụ, cũng như khả năng sinh công tối đa, hay chỉ số sức mạnh của sinh vật đó.

Một con cá đã được đo sức mạnh, tương lai có thể là con người

Để thử nghiệm ý tưởng này, nhóm nghiên cứu của tiến sĩ Ishikawa đã áp dụng nó để đo năng lượng của một con cá thia (Chromis viridis) bơi trong bể. Nếu bạn thắc mắc tại sao họ chọn cá là sinh vật thử nghiệm đầu tiên, thì lý do là vì cá chỉ sử dụng chuyển động từ vây và đuôi, rất dễ kiểm tra ý tưởng.

Ngoài ra, lượng oxy mà chúng tiêu thụ có thể dễ dàng đo được nhờ vào việc đo mức oxy bão hòa trong nước bể.

Việc tính toán năng lượng tiêu thụ của một con cá có thể được khái quát hóa cho cả đàn. "Năng lượng tiêu thụ trong quá trình bơi của đàn cá nhỏ từ lâu vẫn là điều bí ẩn," tiến sĩ Ishikawa giải thích.

"Ví dụ, liệu những con cá dẫn đầu có tiêu thụ nhiều năng lượng hơn không, và liệu việc bơi theo đàn có phải là một cách di chuyển tiết kiệm năng lượng không? Điều này có thể giúp chúng ta hiểu thêm về sinh thái và sự tiến hóa của hành vi bơi theo đàn ở cá?"

Việc phát triển thành công kỹ thuật DBA dựa trên video và AI sẽ mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu mới. Nó có khả năng đo chính xác mức năng lượng sử dụng trong hoạt động của một nửa số loài động vật có xương sống trên thế giới, những loài quá nhỏ để có thể gắn cảm biến lên cơ thể.

Nó cũng cho phép ta tính toán năng lượng của những sinh vật khổng lồ như cá voi, hươu cao cổ hay voi Châu Phi. Mặc dù việc gắn cảm biến DBA lên những sinh vật này không khó, nhưng việc đưa chúng vào hộp đo oxy tiêu thụ lại là một thách thức.

Giờ đây, chỉ với một video và một thuật toán AI, DBA có thể tính toán năng lượng tiêu thụ của những sinh vật này. Cơ chế này cũng có thể áp dụng cho con người.

Chúng ta có thể tưởng tượng viễn cảnh khi xem một trận đấu MMA trên TV, chỉ số sức mạnh của từng võ sĩ và các đòn đánh của họ sẽ được hiển thị trực tiếp trên màn hình.

Hoặc DBA có thể được tích hợp vào kính Scouter, giúp bạn đánh giá sức mạnh của các đô vật trên võ đài, của người đối diện hoặc bất kỳ sinh vật sống nào.

Thật thú vị khi chúng ta đã sống đủ lâu để chứng kiến một món đồ công nghệ viễn tưởng, từ một bộ truyện tranh Nhật Bản cũ, giờ đây đang được các nhà khoa học Nhật Bản biến thành hiện thực.