Khám phá sự độc đáo của robot: Từ sinh học kết hợp đến da điện tử

(NLĐO) – Các nhà khoa học từ Trường Đại học Bách khoa Liên bang Lausanne (Thụy Sĩ) đã sáng chế ra robot lai sinh học sử dụng vỏ tôm và các linh kiện tổng hợp.

Robot với yếu tố sinh học kết hợp

Theo lời Josie Hughes, trưởng nhóm nghiên cứu, việc kết hợp các yếu tố sinh học với linh kiện tổng hợp không chỉ giúp tăng cường khả năng hoạt động của robot, mà còn góp phần xây dựng các hệ thống công nghệ bền vững hơn.

"Bộ xương ngoài của robot kết hợp giữa vỏ cứng được khoáng hóa và màng khớp, tạo ra sự cân bằng giữa độ bền và sự linh hoạt, cho phép các đốt chuyển động độc lập. Những đặc tính này giúp loài giáp xác có thể tạo ra chuyển động nhanh và mô-men xoắn mạnh trong môi trường nước, và chúng cũng rất hữu ích cho robot" – ông Hughes giải thích.

"Hơn nữa, việc tái chế rác thải thực phẩm sẽ giúp xây dựng quy trình thiết kế tuần hoàn bền vững, nơi vật liệu có thể được tái chế và ứng dụng vào những nhiệm vụ khác" – ông nói thêm.

Nhóm nghiên cứu của ông Hughes kết hợp độ bền và tính linh hoạt của vỏ tôm càng với khả năng điều khiển chính xác và tuổi thọ lâu dài của các thành phần nhân tạo, tạo ra thiết bị có thể nâng vật nặng 500 g và di chuyển chúng đến vị trí mục tiêu.

Khi lắp ghép thành một cặp kẹp, chiếc kẹp "hai ngón" có thể gắp được nhiều vật thể với đủ kích thước và hình dạng khác nhau, từ bút dạ quang cho đến cà chua. Hệ thống robot này thậm chí có khả năng bơi với tốc độ lên đến 11 cm/giây.

Hạn chế của phương pháp này nằm ở sự khác biệt tự nhiên trong cấu trúc sinh học. Ví dụ, hình dạng độc đáo của mỗi chiếc đuôi tôm khiến chiếc kẹp "hai ngón" có thể uốn cong một cách khác nhau ở mỗi bên.

Các nhà nghiên cứu cho rằng thách thức này đòi hỏi các cơ chế tăng cường tổng hợp tiên tiến hơn, chẳng hạn như bộ điều khiển có khả năng điều chỉnh.

Với những cải tiến đó, nhóm nghiên cứu nhận thấy tiềm năng ứng dụng cho các hệ thống tích hợp cấu trúc có nguồn gốc sinh học, ví dụ như trong các cấy ghép y sinh hoặc các nền tảng giám sát hệ sinh học.

Robot với "da" điện tử cảm nhận xúc giác

Tại Trường Đại học College London (Anh), các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại "da" điện tử mới, giúp robot có khả năng cảm nhận các xúc giác khác nhau như chạm, ấn, thay đổi nhiệt độ - thậm chí cả cảm giác bị đâm.

Lớp da này được chế tạo từ vật liệu dẫn điện từ gelatin, có thể được đúc thành nhiều hình dạng khác nhau. Khi kết hợp với một loại điện cực đặc biệt, vật liệu này có thể nhận diện tín hiệu từ hàng trăm ngàn đường dẫn kết nối, ứng với các cảm giác chạm và áp lực khác nhau.

Các nhà khoa học cho biết vật liệu này có thể được ứng dụng trong robot hình người hoặc các bộ phận giả cho con người, nơi cảm giác xúc giác đóng vai trò quan trọng. Ngoài ra, vật liệu này còn có nhiều ứng dụng tiềm năng trong ngành công nghiệp ô tô và cứu hộ thảm họa.

Cảm biến xúc giác được coi là bước tiến quan trọng tiếp theo trong ngành robot, khi các nhà khoa học đang tìm cách tạo ra những cỗ máy có khả năng phản ứng với môi trường giống như con người.

Da điện tử hoạt động bằng cách chuyển đổi thông tin vật lý, như áp lực hoặc nhiệt độ, thành tín hiệu điện. Thông thường, cần sử dụng các cảm biến riêng biệt cho từng loại cảm giác. Ví dụ, một cảm biến phát hiện áp lực, và một cảm biến khác đo nhiệt độ.

Tuy nhiên, các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau có thể gây nhiễu cho nhau. Vật liệu nền - thường là silicon mềm hoặc elastomer giống cao su - lại dễ bị tổn thương.

Lớp da điện tử mới sử dụng một loại cảm biến "đa mô thức", có khả năng nhận diện nhiều loại kích thích khác nhau như chạm, nhiệt độ và tổn hại vật lý.

Cảm biến "đa mô thức" dễ sản xuất hơn, bền bỉ hơn và chi phí thấp, làm cho chúng trở thành sự lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng rộng rãi.

"Chúng tôi chưa thể chế tạo da robot hoàn hảo như da người, nhưng chúng tôi tin rằng nó vượt trội hơn bất kỳ loại da nhân tạo nào hiện có" - ông Thomas George Thuruthel, đồng tác giả nghiên cứu, khẳng định trong cuộc phỏng vấn với tạp chí Science Robotics.

Robot mềm mô phỏng côn trùng

Tại Mỹ, các nhà nghiên cứu từ Trường ĐH Virginia đã phát triển một kỹ thuật mới để chế tạo robot mềm, gọi là HydroSpread.

Kỹ thuật này hứa hẹn sẽ tạo ra những robot tí hon, không lớn hơn một chiếc lá, có thể lướt trên mặt nước giống như loài bọ nước. Trong tương lai, chúng có thể được sử dụng để giám sát ô nhiễm, thu thập mẫu nước hoặc thăm dò các khu vực ngập lụt mà con người không thể tiếp cận.

Trước đây, việc sản xuất các màng mỏng và linh hoạt – yếu tố quan trọng của robot mềm – đòi hỏi phải chế tạo trên bề mặt rắn như kính. Sau đó, các lớp mỏng này phải được bóc ra và chuyển lên mặt nước, một quy trình phức tạp và dễ gây rách, mất vật liệu.

HydroSpread giải quyết vấn đề này bằng cách để chính chất lỏng làm "bàn làm việc". Các giọt polymer lỏng có thể tự nhiên lan rộng thành những tấm màng siêu mỏng, đều đặn trên bề mặt nước.

Với một tia laser được điều chỉnh chính xác, nhóm nghiên cứu của chuyên gia Baoxing Xu có thể cắt các tấm màng này thành những hình dạng phức tạp – từ hình tròn, dải dài đến logo UVA – với độ chính xác cực kỳ ấn tượng.

Bằng phương pháp này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra hai nguyên mẫu mô phỏng côn trùng: HydroFlexor, di chuyển bằng cách quẫy các "vây" trên mặt nước, và HydroBuckler, "bước đi" về phía trước bằng các chân uốn cong, lấy cảm hứng từ bọ nước.

Tiềm năng của kỹ thuật HydroSpread không chỉ giới hạn ở robot mềm. Khả năng tạo ra các màng mỏng phức tạp mà không làm hỏng chúng có thể mở ra cơ hội mới trong việc chế tạo cảm biến y tế đeo được, thiết bị điện tử linh hoạt và các hệ thống giám sát môi trường.

Đây là những công cụ cần có tính mỏng, mềm và bền trong những môi trường mà các vật liệu cứng truyền thống không thể đáp ứng được.