Buzz
Loại cơ này có khả năng kéo dài gấp 12 lần chiều dài ban đầu khi ở trạng thái mềm.
Một nhóm các nhà khoa học đến từ Hàn Quốc vừa công bố một bước đột phá ấn tượng trong lĩnh vực robot mềm - một loại "cơ bắp nhân tạo" mới có thể thay đổi linh hoạt giữa hai trạng thái: mềm như cao su và cứng như thép.
Với khả năng chịu tải trọng lên tới 4.000 lần trọng lượng của chính nó, phát minh này mở ra tiềm năng giúp các robot tương lai trở nên mạnh mẽ, linh hoạt và "sinh động" hơn bao giờ hết.
Công trình nghiên cứu được thực hiện tại Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST) ở Hàn Quốc, dưới sự dẫn dắt của giáo sư Hoon Eui và các cộng sự. Họ đã phát minh ra một loại cơ nhân tạo mới có thể "biến đổi cơ học", nghĩa là nó sẽ trở nên cứng cáp khi cần nâng vật nặng và mềm dẻo trở lại khi không có tải trọng. Đây là một vật liệu "hai trong một", mang đến sự kết hợp mà các loại cơ nhân tạo trước đây chưa thể đạt được.
Trong suốt nhiều năm qua, robot mềm và vật liệu cơ nhân tạo luôn là lĩnh vực thu hút sự chú ý đặc biệt, vì chúng hứa hẹn mang đến khả năng chuyển động và tương tác tự nhiên hơn cho robot, thiết bị y sinh và các sản phẩm công nghệ đeo trên cơ thể người.
Tuy nhiên, các hệ thống cơ nhân tạo truyền thống luôn phải đối mặt với một "nghịch lý cố hữu": khi được thiết kế để mềm mại, chúng lại thiếu sức mạnh; còn nếu được tăng cường độ cứng để nâng vật nặng, robot lại mất đi sự linh hoạt cần thiết để hoạt động uyển chuyển. Chính sự đánh đổi này đã hạn chế ứng dụng của robot mềm, nhất là trong những công việc đòi hỏi sự kết hợp giữa sức mạnh và sự tinh tế.
Giáo sư Hoon Eui cùng nhóm nghiên cứu của ông đã tìm ra phương pháp phá vỡ giới hạn trước đây. Họ phát triển một loại cơ tổng hợp siêu nhẹ, chỉ nặng 1,25 gram, nhưng có khả năng tự điều chỉnh theo môi trường: khi chịu tải trọng lớn, nó tự động trở nên cứng để giữ vững cấu trúc; khi cần di chuyển hoặc co lại, nó sẽ mềm ra để phục hồi độ đàn hồi.
Thành tựu này được tạo ra nhờ thiết kế một mạng lưới polyme liên kết chéo kép. Các liên kết hóa học cộng hóa trị tạo ra độ bền và sức mạnh, trong khi các tương tác vật lý - có thể được kích hoạt hoặc phá vỡ bằng nhiệt độ - giúp vật liệu duy trì sự dẻo dai và khả năng đàn hồi vượt trội.
Không chỉ dừng lại ở đó, nhóm nghiên cứu còn nhúng vào vật liệu những vi hạt từ tính siêu nhỏ, được xử lý bề mặt đặc biệt. Điều này cho phép cơ nhân tạo có thể được điều khiển thông qua từ trường ngoài, giúp robot thực hiện các chuyển động chính xác mà không cần đến hệ thống dây dẫn phức tạp.
Trong các thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã chứng minh khả năng "nâng tạ" của cơ nhân tạo bằng cách điều khiển nó hoàn toàn bằng lực từ, qua đó chứng minh tính linh hoạt và sức mạnh vượt trội của vật liệu.
Khi chuyển sang trạng thái cứng, cơ nhân tạo có thể chịu tải trọng lên tới 5 kg – tương đương 4.000 lần trọng lượng của chính nó. Ở trạng thái mềm, nó có thể kéo dài gấp 12 lần chiều dài ban đầu mà không bị tổn hại.
Giáo sư Jeong, một trong những đồng tác giả của nghiên cứu, chia sẻ: "Công trình này đã giải quyết vấn đề cơ bản của cơ nhân tạo, vốn phải đánh đổi giữa độ bền và độ co giãn. Giờ đây, chúng tôi đã có thể tích hợp cả hai đặc tính này trong một vật liệu". Ông tin rằng đây sẽ là nền tảng cho các thế hệ robot mềm đa chức năng, thiết bị đeo thông minh, và giao diện người - máy thế hệ mới.
Không chỉ ấn tượng bởi khả năng chịu tải, cơ nhân tạo mới còn vượt trội so với cơ bắp con người về hiệu suất. Theo báo cáo, tốc độ co giãn của vật liệu đạt đến 86,4%, gấp đôi so với cơ thật. Mật độ năng lượng mà nó tạo ra đạt 1150 kJ/m³, cao gấp 30 lần so với mô cơ người. Đây là một con số ấn tượng, vì việc đạt được cả mật độ năng lượng cao và độ đàn hồi lớn là thách thức lớn trong ngành khoa học vật liệu.
Các nhà khoa học tin rằng phát minh này có thể mở ra vô vàn ứng dụng mang tính cách mạng. Trong y học, các cơ nhân tạo có thể được tích hợp vào chân tay giả, mang lại khả năng cảm nhận và điều khiển cử động một cách tự nhiên hơn cho người khuyết tật.
Trong lĩnh vực robot học, chúng có thể được ứng dụng để chế tạo các robot mềm, có khả năng di chuyển linh hoạt trong những không gian hẹp, gập ghềnh hoặc thậm chí bên trong cơ thể con người, nơi mà các robot cứng không thể tiếp cận.
Bên cạnh đó, các thiết bị đeo thông minh trong tương lai có thể tận dụng cơ nhân tạo này để "thích nghi" với chuyển động của người sử dụng, từ đó mang đến cảm giác thoải mái và hiệu quả cao hơn.
Cơ nhân tạo thực tế là một trong những lĩnh vực nóng hổi của công nghệ hiện nay. Trước đây, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã mô phỏng cấu trúc của mống mắt để phát triển cơ có thể co lại theo cả hai hướng tròn và ngang, giúp tạo ra những chuyển động tinh tế và đa chiều.
Tuy nhiên, phát minh của nhóm UNIST được xem là bước tiến vượt bậc, không chỉ mô phỏng cơ thể sống mà còn vượt qua giới hạn sinh học về sức mạnh và mật độ năng lượng.
Tất cả các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí *Advanced Functional Materials*, một trong những ấn phẩm uy tín nhất về khoa học vật liệu. Các chuyên gia nhận định đây là một trong những công trình có tiềm năng ứng dụng lớn nhất trong thập kỷ qua, mở đường cho thế hệ robot mới: mạnh mẽ như máy móc, uyển chuyển như sinh vật sống.
Với bước tiến này, ranh giới giữa công nghệ và sinh học dường như đang dần mờ nhạt. Những "cơ bắp nhân tạo" mềm như cao su, cứng như thép có thể sẽ là nền tảng cho các robot tương lai, không chỉ có khả năng di chuyển, mà còn biết "cảm nhận" thế giới giống như con người.
