Tiến sĩ người Việt chế tạo ra robot biết bay và gập cánh như bọ cánh cứng ngoài đời thật

Hành trình từ bọ cánh cứng đến robot biết bay

Một thiết bị bay nhỏ chỉ bằng lòng bàn tay, có thể bung và thu cánh như bọ cánh cứng, len lỏi qua những khe hẹp trong đống đổ nát sau động đất – đó không còn là tưởng tượng viễn tưởng mà là kết quả nghiên cứu thực tiễn từ nhóm của Tiến sĩ Phan Hoàng Vũ tại Thụy Sĩ. Được đăng trên tạp chí Nature, công trình đánh dấu bước tiến đáng kể trong lĩnh vực robot mô phỏng sinh học, mở ra tiềm năng ứng dụng trong cả quốc phòng, cứu hộ và nông nghiệp.

Tiến sĩ Phan Hoàng Vũ, 39 tuổi, hiện là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ cấp cao tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ (EPFL), chuyên sâu trong lĩnh vực robot mô phỏng tự nhiên. Từ năm 2020, khi đang làm việc tại Hàn Quốc, anh bắt đầu chú ý đến một đặc điểm kỳ lạ của loài bọ cánh cứng sừng chữ Y: cơ chế gập và bung cánh cực kỳ phức tạp, không giống bất kỳ loài côn trùng bay nào.

Sau khi chuyển sang Thụy Sĩ làm việc với Giáo sư Dario Floreano, TS Vũ đã đề xuất tiếp tục nghiên cứu hiện tượng này. Sự kiên trì và nhạy bén ấy đã dẫn đến phát triển robot bay siêu nhỏ có khả năng mô phỏng hoàn hảo chuyển động cánh đặc trưng của bọ cánh cứng, với cơ chế triển khai và thu cánh thụ động, không cần động cơ phụ trợ.

Công nghệ robot côn trùng: Nhẹ hơn, thông minh hơn

Robot do nhóm của TS Vũ phát triển nặng chỉ 16 gram, có thể tự bung cánh khi bay và thu cánh khi hạ cánh. Cánh được bung nhờ lực ly tâm tạo ra từ đập cánh – tương tự cách hoạt động trong tự nhiên. Khi hạ cánh, cánh sẽ tự động gập lại nhờ dây đàn hồi nhỏ. Cấu trúc này vừa đơn giản, vừa nhẹ, không làm ảnh hưởng đến hiệu suất bay và giúp bảo vệ cánh khi hoạt động trong không gian hẹp.

Khác với drone truyền thống dùng cánh quạt, robot côn trùng sử dụng cánh đập để tạo lực nâng, không cần đuôi để điều hướng mà điều chỉnh hướng bay thông qua sự chênh lệch lực khí động giữa hai cánh, giống như côn trùng thật.

Thử nghiệm không dây cho thấy thiết bị bay được trong khoảng 9 phút, một con số ấn tượng với thiết bị siêu nhẹ, và đủ để phục vụ các nhiệm vụ ngắn như thám hiểm, giám sát, thu thập dữ liệu tại khu vực nguy hiểm.

Từ phòng thí nghiệm đến ứng dụng thực tiễn

Tiến sĩ Vũ cho biết nhóm hướng tới ứng dụng robot trong các hoạt động tìm kiếm cứu nạn, giám sát môi trường rừng, trinh sát an ninh và cả nông nghiệp thông minh. Ưu điểm nhẹ, linh hoạt và bay gần như không gây tiếng động giúp robot hoạt động hiệu quả trong môi trường cần độ nhạy cảm cao.

Ví dụ, robot có thể hỗ trợ thụ phấn nhân tạo, giám sát dịch bệnh cây trồng, hoặc thu thập dữ liệu môi trường mà không làm tổn thương hệ sinh thái như côn trùng thật. Trong quân sự, robot côn trùng đóng vai trò như thiết bị trinh sát tầm gần, thay thế cho con người tại các điểm nóng.

Tương lai, TS Vũ định hướng phát triển robot đa phương thức – không chỉ bay, mà còn có thể bò, nhảy, bám đậu trên các bề mặt khác nhau. Mục tiêu là đạt được khả năng linh hoạt tối ưu như sinh vật thật, tiến tới áp dụng tại những địa hình cực đoan.

Kết quả và ghi nhận quốc tế

Công trình nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature, một trong những tạp chí khoa học uy tín nhất thế giới. TS Dario Floreano – Giám đốc phòng thí nghiệm tại EPFL đánh giá, thiết kế cánh gập là “bước đột phá về cơ khí trong lĩnh vực robot siêu nhỏ”.

GS Hoon Cheol Park (Hàn Quốc), người hướng dẫn TS Vũ từ những ngày đầu, cũng cho rằng đây là robot đầu tiên có khả năng triển khai – thu gọn cánh mô phỏng hoàn hảo côn trùng tự nhiên.

Ngoài hơn 30 công bố quốc tế, TS Vũ còn sở hữu 5 bằng sáng chế tại Hàn Quốc và là biên tập viên các tạp chí chuyên ngành về robot và hàng không. Xuất thân từ vùng quê xã Tam Thái, huyện Phú Ninh (Quảng Nam), cựu học sinh trường THPT Trần Cao Vân đã khẳng định vị thế của người Việt trên bản đồ khoa học công nghệ quốc tế.

TS Phan Hoàng Vũ cho rằng, Việt Nam có điều kiện sinh học và khí hậu lý tưởng để nghiên cứu robot mô phỏng, đặc biệt là côn trùng và chim. Với hệ sinh thái phong phú, các nhà khoa học trẻ trong nước có thể khai thác triệt để để tạo ra nền tảng nghiên cứu đặc thù.

Tuy nhiên, lĩnh vực này cần đầu tư nghiêm túc về thiết bị và hợp tác liên ngành: sinh học, hàng không, vật liệu, điều khiển tự động. Đây là thách thức nhưng cũng là cơ hội để Việt Nam bắt kịp thế giới trong một ngành công nghệ mới nổi đầy tiềm năng.