Robot nhỏ không linh kiện, không pin, không bộ điều khiển trung tâm

Theo truyền thống, việc chế tạo robot thông minh hơn có nghĩa là tăng độ phức tạp: nhiều phần cứng hơn, nhiều bộ xử lý hơn, nhiều mã lập trình hơn. Nhưng nhóm nghiên cứu của Bolei Deng và Xinyi Yang (Viện Công nghệ Georgia – Hoa Kỳ) đã loại bỏ tất cả những thứ đó. Họ đã chế tạo các đàn hạt robot nhỏ xíu có khả năng bám, nhả và tự sắp xếp lại mà không cần bất kỳ linh kiện điện tử nào. Thay vì sử dụng bộ điều khiển trung tâm, hành vi của các hạt được điều khiển bởi thiết kế cơ khí và cách chúng tương tác với nhau. Không cảm biến, không bộ xử lý và không mã lập trình. Những gì còn lại chỉ là cơ học.

Trợ lý GS. Bolei Deng cho biết, từng hạt robot riêng lẻ có thể trông rất ngốc nghếch và tuân theo các quy tắc đơn giản, nhưng khi kết hợp đủ số lượng thì một loại trí thông minh bắt đầu xuất hiện. Bolei Deng gọi đó là "trí tuệ cơ học", thay vì sử dụng cảm biến hoặc bộ não trung tâm, mỗi hạt được thiết kế để hình dạng của nó thực hiện "suy nghĩ".

Trong không gian ba chiều, quy tắc tương tự vẫn đúng: Hình dạng kiểm soát hành vi. Hình học của mỗi hạt quyết định cách nó đẩy, khóa hoặc giải phóng các hạt lân cận. Mỗi hạt có các cánh tay linh hoạt được phân bố đều xung quanh thân. Khi hai hạt gặp nhau, các cánh tay uốn cong và khóa lại, tích trữ lực căng như một lò xo nén. Một rung động bên ngoài giải phóng lực căng đã tích trữ đó. Các cánh tay bật ra, các hạt đẩy nhau ra xa, và đàn hạt lan rộng. Khi các hạt cảm nhận được rung động, chúng sẽ tự động phản hồi. Trộn lẫn các hình dạng khác nhau, và nhóm bắt đầu di chuyển như một đàn chim hoặc một đàn kiến. Kết quả là chuyển động phối hợp mà không cần tín hiệu hoặc mã - sự tương tác được viết trực tiếp vào hình dạng. Mỗi hạt trong bầy đàn đều giống hệt nhau, và hoàn toàn vô dụng khi đứng riêng lẻ.

Mức độ lan rộng và tốc độ lan rộng phụ thuộc vào cấu tạo của các cánh tay. Thay đổi độ cong, chúng sẽ giữ chặt lâu hơn. Làm cho chúng cứng hơn, chúng sẽ giải phóng nhanh hơn. Mỗi hạt đều tuân theo cùng một quy tắc cơ học đơn giản: uốn cong, khóa lại, giải phóng. Theo đó, chỉ cần một rung động duy nhất để khởi động hệ thống. Các hạt tách rời nhau theo một trình tự xác định, mỗi tương tác kích hoạt tương tác tiếp theo. Không có sự điều khiển trung tâm. Thứ tự phân rã được lập trình sẵn trong cách các hạt kết nối vật lý với nhau.

Các hạt có thể được chế tạo ở các kích thước khác nhau đáng kể - từ chiều rộng của một sợi tóc người cho đến kích thước 1,5 inch. Ở kích thước nhỏ nhất, các hạt có thể đi vào máu. Các bác sĩ có thể đặt một đàn hạt nhỏ gọn bên trong hệ thống mạch máu và kích hoạt nó bằng siêu âm. Rung động giải phóng lực căng tích trữ trong các cánh tay. Các hạt lan tỏa ra ngoài và đi vào các mạch máu mà một robot đơn lẻ không thể tiếp cận.

Bolei Deng hình dung các đàn hạt sẽ đưa thuốc điều trị ung thư trực tiếp đến các khối u khó tiếp cận trong khi vẫn bảo vệ các mô khỏe mạnh. Phương pháp này nhắm mục tiêu vào các tế bào bị bệnh mà không ảnh hưởng đến phần còn lại của cơ thể. Đàn hạt cũng có thể lập bản đồ mạch máu, vượt ra ngoài tầm với của các công cụ hình ảnh y tế hiện nay.

Phương pháp tương tự có thể hoạt động ngoài cơ thể. Trong không gian, ngay cả những sửa chữa nhỏ cũng đòi hỏi các phi hành gia phải mặc đồ bảo hộ cho các chuyến đi bộ ngoài không gian đầy rủi ro, và bức xạ làm suy giảm chất lượng thiết bị điện tử. Các hạt có thể được phóng ra dưới dạng một cụm nhỏ gọn, đáp xuống một bề mặt, và sau đó được giải phóng bằng rung động. Chúng lan tỏa ra, di chuyển xung quanh các chướng ngại vật và tự cấu hình lại mà không cần đưa bất kỳ ai ra ngoài. Vì hành vi của chúng được tích hợp vào cấu trúc của chúng - chứ không phải vào thiết bị điện tử - nên đàn hạt có thể hoạt động trong điều kiện bức xạ và nhiệt độ khắc nghiệt mà các robot thông thường không thể hoạt động được.

Bolei Deng và Xinyi Yang đang xây dựng các cấu trúc có các khớp phản ứng với các rung động khác nhau. Một xung mở khóa một khớp. Một xung khác giải phóng một phần khác. Cấu trúc không chỉ di chuyển mà còn tự sắp xếp lại. Không có bộ xử lý nào chọn phần nào dịch chuyển. Chính thiết kế quyết định.

Hoàng Kim - Theo https://techxplore.com/