Drone có thể biến thành một chiếc xe 4 bánh chỉ trong một bước, tương tự như những robot Transformer.

Các nhà khoa học đang hướng tới việc phát triển một loạt drone có tính linh hoạt cao.

Ngày nay, trong thế giới robot, việc có thể vừa bay vừa di chuyển trên mặt đất không còn là điều quá mới mẻ. Tuy nhiên, đa số các cỗ máy này vẫn phải hạ cánh trước khi thay đổi hình dạng, một quá trình tưởng chừng đơn giản nhưng lại là điểm yếu chí mạng trong những tình huống địa hình không thuận lợi. Một cú đáp lệch hướng hay một đường băng gồ ghề có thể khiến robot bị mắc kẹt, khiến nhiệm vụ không thể hoàn thành.

Để khắc phục hạn chế này, các kỹ sư tại Caltech đã tạo ra một bước đột phá lớn: một robot có khả năng “biến hình” ngay khi đang bay, giống như các robot Transformer khi cất cánh. Quá trình này cho phép robot hạ cánh một cách mượt mà và tiếp tục di chuyển trên mặt đất mà không cần phải dừng lại. Robot này có tên là ATMO (viết tắt của Aerially Transforming Morphobot), hứa hẹn sẽ mang lại những tiến bộ lớn trong các lĩnh vực giao hàng tự động và thám hiểm robot.

ATMO được trang bị bốn động cơ giúp nó bay như một drone, nhưng điểm đặc biệt là khung bao quanh động cơ sẽ tự biến thành các bánh xe khi robot tiếp đất. Cả quá trình chuyển đổi hình dạng chỉ cần một động cơ vận hành cơ cấu khớp trung tâm. Các kỹ sư đã tạo ra một thiết kế vừa đơn giản vừa tinh tế, mở ra khả năng điều hướng linh hoạt chưa từng có.

“Chúng tôi đã thiết kế và chế tạo một hệ thống robot mới, lấy cảm hứng từ tự nhiên – giống như cách mà các loài động vật sử dụng cơ thể để đạt được các kiểu chuyển động khác nhau”, Ioannis Mandralis, nghiên cứu sinh ngành hàng không tại Caltech và là tác giả chính của nghiên cứu này, chia sẻ.

Tuy nhiên, bài toán kỹ thuật không hề đơn giản. Quá trình chuyển đổi hình dạng giữa không trung tạo ra nhiều lực khí động học phức tạp, đặc biệt khi robot đang bay gần mặt đất. Các luồng khí đẩy có thể phản hồi từ mặt đất, gây ra các xoáy khí nguy hiểm, tương tự như vấn đề mà các trực thăng gặp phải khi hạ cánh quá nhanh.

Trong trường hợp của ATMO, thách thức càng thêm lớn: bốn động cơ của nó liên tục thay đổi hướng và cường độ, tạo ra nhiễu loạn khó đoán. Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu tại Caltech đã thực hiện nhiều thử nghiệm: từ việc đo lực đẩy trong các cấu hình khác nhau bằng cảm biến lực, đến việc sử dụng khói để quan sát chuyển động của không khí. Dữ liệu thu thập được sau đó được tích hợp vào một thuật toán điều khiển tiên tiến có tên model predictive control - phương pháp dự đoán hành vi hệ thống trong tương lai gần để tối ưu hóa đường đi.

“Thuật toán điều khiển chính là bước đột phá quan trọng trong nghiên cứu này”, Mandralis nhận xét. “Thông thường, hệ thống 4 động cơ sử dụng các bộ điều khiển riêng biệt do cách bố trí động cơ và nguyên lý bay của chúng. Tuy nhiên, ở đây chúng tôi giới thiệu một hệ động lực học hoàn toàn mới. Khi robot bắt đầu biến hình, các liên kết động học mới xuất hiện, dẫn đến các lực tương tác lẫn nhau. Hệ thống điều khiển phải phản ứng ngay lập tức với tất cả những thay đổi này”.

ATMO hứa hẹn sẽ mang lại những thay đổi lớn cho các robot bay trong tương lai, cả về cách thức vận hành trên không và các thuật toán điều khiển chúng.