Một kỹ sư người Nhật đã phát minh ra một AI có thể đo lường sức mạnh sinh vật, tương tự như chiếc kính Scouter trong bộ truyện "7 viên ngọc rồng".

Chúng ta đã sống đủ lâu để chứng kiến một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản đưa một phát minh trong manga Nhật Bản trở thành hiện thực.

Bất kỳ ai đã từng đọc bộ truyện tranh Dragonball hay 7 viên ngọc rồng đều rất ấn tượng với chiếc kính Scouter, một công cụ có khả năng hiển thị sức mạnh của một người hoặc sinh vật đối diện.

Khi Raditz, người Saiyan đầu tiên, đáp phi thuyền xuống Trái Đất, hắn đã sử dụng chiếc kính để đo sức mạnh của một người dân địa phương, chỉ số sức mạnh của người này là 5.

"Hành tinh này yếu thật," Raditz thốt lên, phản ánh bối cảnh mà bộ truyện được xây dựng. Hắn và phần lớn người Saiyan khác có sức mạnh từ hàng nghìn đến hàng trăm nghìn.

Với thiết kế hấp dẫn và cách thức hoạt động đơn giản nhưng vô cùng thú vị, không có gì ngạc nhiên khi chiếc kính Scouter đã trở thành biểu tượng của bộ truyện, cũng như là một trong những món đồ chơi ăn theo bán chạy nhất từ Dragonball .

Những món đồ chơi mà chúng ta từng nghĩ sẽ mãi là đồ chơi, đã có sự thay đổi lớn. Chúng ta đã chứng kiến một kỹ sư Nhật Bản phát minh ra cơ chế đo sức mạnh sinh vật, biến những chiếc kính Scouter từ đồ chơi thành công cụ đo lường thực tế.

Anh ấy đã chứng minh rằng sức mạnh của tất cả sinh vật, kể cả con người, đều có thể đo đạc được một cách chính xác.

Vậy làm sao chúng ta có thể đo được sức mạnh của một sinh vật sống?

Khi nói đến sức mạnh của các cỗ máy, xe cộ hay máy tính, chúng ta luôn có các chỉ số rõ ràng để đo lường. Ví dụ, một chiếc cần cẩu 10 tấn có khả năng nâng tối đa 10 tấn, một chiếc ô tô Vinfast 8 có sức mạnh 402 mã lực, tương đương với khả năng sinh công 300kW và thời gian 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 tính toán chính xác sức mạnh của một động cơ. Tuy nhiên, việc tính toán sức mạnh của một sinh vật sống lại là một vấn đề phức tạp hơn rất nhiều.

Ví dụ, một con cá mạnh đến mức nào? Một người bình thường có thể tạo ra bao nhiêu công suất tối đa? Thực tế, sức mạnh của một con ngựa cũng không hoàn toàn chính xác bằng 1 mã lực.

Khó khăn trong việc đo sức mạnh của sinh vật là vì chúng là những thực thể sinh học rất phức tạp, với các cơ chế sinh công ở nhiều bó cơ bắp phân tán khắp cơ thể, thay vì chỉ tập trung ở một bộ phận như động cơ của xe điện.

Mặc dù vậy, các nhà khoa học đã không ngừng nghiên cứu và phát triển một phương pháp mới để đo sức mạnh sinh vật, được gọi là Dynamic Body Acceleration (DBA) hay "Gia tốc chuyển động cơ thể". Tiến sĩ Kota Ishikawa, kỹ sư tại Khoa Vật lý Sinh học Biển, Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa, Nhật Bản, đã chia sẻ về phương pháp này.

DBA hoạt động bằng cách đo gia tốc các chuyển động trên cơ thể sinh vật, chẳng hạn như chuyển động của tứ chi, để ước tính năng lượng mà sinh vật đang tiêu thụ dựa trên lượng oxy chuyển hóa qua các chuyển động đó.

Quá trình đo đạc này bắt đầu trong môi trường phòng thí nghiệm, nơi các nhà khoa học đưa sinh vật, ví dụ như một con ngựa, vào một chiếc hộp và yêu cầu nó chạy trên một chiếc máy chạy bộ.

Con ngựa được gắn gia tốc kế vào các tứ chi để ghi nhận các thông số chuyển động. Lượng oxy trong hộp sẽ được đo đạc liên tục để đồng bộ với các chuyển động của con ngựa. Dựa trên nồng độ oxy giảm dần, chuyển thành CO2, các nhà khoa học sẽ ước tính năng lượng mà con ngựa tiêu thụ trong mỗi chuyển động.

Oxy là một chỉ báo năng lượng đáng tin cậy, vì oxy được tiêu thụ trong quá trình hô hấp hiếu khí để tạo ra ATP, 'nhiên liệu' cung cấp năng lượng cho hầu hết các quá trình trong cơ thể, bao gồm cả co cơ.

Gia tốc của động vật được đo đồng thời bằng máy đo gia tốc và nhờ vào mối quan hệ chặt chẽ giữa gia tốc và mức tiêu thụ oxy trong các hành động thực hiện, DBA giúp cung cấp những ước tính chính xác về mức tiêu thụ năng lượng, theo lời tiến sĩ Ishikawa.

Sau khi đã có được bộ thông số cho từng chuyển động gia tốc của chuột, các nhà khoa học có thể tính toán được mức năng lượng tiêu thụ của chuột trong môi trường tự nhiên mà không cần phải đưa chúng vào hộp để đo nữa.

Quy trình này cũng có thể áp dụng cho con người, ví dụ như các vận động viên thể thao hay cầu thủ bóng đá thường sử dụng bộ đồ có gắn cảm biến gia tốc để đo nhịp tim và các chỉ số khác.

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

Đo DBA thông qua video AI

DAB hiện tại là công nghệ tiên tiến nhất giúp con người đo được sức mạnh của sinh vật sống, nhưng có một điều kiện bắt buộc: sinh vật phải được gắn cảm biến gia tốc trên cơ thể để có thể đo lường.

Nói cách khác, bạn không thể chỉ đeo một chiếc kính như Scouter để đo sức mạnh của một người lạ. Bạn phải gắn cảm biến gia tốc vào chân tay họ, sau đó cho họ vào hộp, mới có thể đo được khả năng sinh công của họ.

Kỹ thuật DBA sử dụng cảm biến gia tốc cũng đối mặt với một vấn đề về mặt vật lý cần phải khắc phục.

Để đảm bảo rằng các phép đo được thực hiện chính xác mà không làm ảnh hưởng đến hành vi của sinh vật trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học phải dùng các thiết bị có trọng lượng nhẹ hơn ít nhất mười lần so với động vật mà họ quan sát.

Với thiết bị gia tốc và bộ pin nặng từ 10 đến 20 gram, điều này khiến việc nghiên cứu các động vật dưới 100 gram trở nên khó khăn, điều này chiếm một nửa số loài động vật có xương sống trên hành tinh, theo tiến sĩ Ishikawa.

Trong số các loài động vật có xương sống, động vật có trọng lượng dưới 100 gram chiếm 51,5% loài 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 trở ngại này bằng cách loại bỏ yêu cầu phải gắn cảm biến gia tốc lên cơ thể sinh vật khi đo năng lượng sinh công của chúng, điều này đã trở thành khả thi nhờ vào trí tuệ nhân tạo (AI).

Giải pháp được đưa ra rất đơn giản. Thay vì sử dụng máy đo gia tốc vật lý để ghi nhận chuyển động, tiến sĩ Ishikawa sẽ dùng camera để “học” các hành vi và chuyển động của sinh vật. Những khung hình quay từ nhiều góc khác nhau sẽ được sử dụng để tái hiện hành vi sinh vật trong một môi trường 3D giả lập.

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

Lý thuyết cho rằng, nếu mạng học sâu này được huấn luyện đủ dữ liệu, nó có thể khái quát mức năng lượng của mỗi sinh vật xuất hiện trong video, cho từng hành động mà không cần dùng cảm biến gia tốc hay đưa chúng vào hộp đo oxy.

Đây là cơ chế mà chiếc kính Scouter có thể sử dụng để hoạt động. Chỉ cần nhìn vào một sinh vật trong quá trình vận động, thuật toán AI có thể ước tính năng lượng mà sinh vật đó đang tiêu thụ, thậm chí xác định được khả năng sinh công tối đa và chỉ số sức mạnh của nó.

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) khi bơi trong bể. Nếu bạn thắc mắc lý do vì sao họ chọn cá làm sinh vật thử nghiệm đầu tiên, thì bởi vì chúng chỉ dùng chuyển động của vây và đuôi, điều này rất đơn giản để kiểm tra ý tưởng.

Bên cạnh đó, lượng oxy mà cá tiêu thụ có thể được tính toán chính xác qua việc đo nồng độ oxy hòa tan trong nước bể.

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

"Liệu những con cá dẫn đầu có tiêu tốn nhiều năng lượng hơn so với các con cá khác, và liệu việc bơi theo đàn có phải là cách di chuyển tiết kiệm năng lượng? Những điều này có thể tiết lộ điều gì về sinh thái học và sự tiến hóa của việc bơi theo đàn của cá?"

Việc áp dụng thành công công nghệ DBA dựa trên video và AI sẽ mở ra vô vàn cơ hội nghiên cứu mới, đặc biệt là khi nó có thể đo lường chính xác mức năng lượng tiêu thụ trong quá trình hoạt động của hàng triệu loài động vật có xương sống, bao gồm những loài quá nhỏ để có thể đeo cảm biến.

Công nghệ này cũng giúp chúng 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 phải vấn đề, nhưng đưa chúng vào hộp đo nồng độ oxy lại là một thử thách đáng kể.

Giờ đây, chỉ cần một video và một thuật toán AI, DBA có thể tính toán chính xác năng lượng của những sinh vật này. Cơ chế này cũng hoàn toàn có thể áp dụng cho con người.

Chúng ta có thể hình dung viễn cảnh trong một chương trình MMA, nơi chỉ số sức mạnh của từng võ sĩ, và sức mạnh của mỗi đòn đánh, sẽ được hiển thị ngay trên màn hình TV.

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

Thật thú vị khi chứng kiến một món đồ công nghệ viễn tưởng, từng xuất hiện trong một bộ truyện tranh Nhật Bản cũ, nay đang trở thành hiện thực nhờ các nhà khoa học Nhật Bản.