Chúng ta đang gặp phải khó khăn gì khi cố gắng chế tạo robot khổng lồ đi bằng 2 chân?

Hàng thập kỷ trôi qua, vẫn luôn có một chủ đề phổ biến về việc chiến trường trong tương lai sẽ ra sao; những bộ giáp robot khổng lồ. Những con quái thú khổng lồ - hay còn gọi là mech – đã rở thành một kiểu tốc ký cho tương lai của chiến tranh. Robot người lái lần đầu xuất hiện trên anime của Nhật Bản, cũng đã sớm du nhập vào UK qua những seri TV như Robotech. Những bộ phim Hollywood như Aliens, Avatar và Pacific Rim cũng đã tưởng tượng ra chúng rất ngầu.

Nhưng những thiết kế đó khả thi tới đâu? Liệu có bao giờ ta được thấy con người lái một con robot biết đi?

Jordan Weisman của Harebrained Schemes đã lần đầu tạo ra những game BattleTech với chủ đề giáp cơ khí (mech) từ thập kỷ 1980. Không như những kiểu mẫu trước đó về mech, ông đã chọn cách tiếp cận rất có căn cứ khi lần đầu định hình ra “BatteMech” của mình. Jordan đã mường tượng ra những con mech làm từ khung thép bao được bọc bởi những cơ bắp nhân tạo chạy điện để cử động các khớp, cùng với một bộ cân bằng và hệ thống nguồn on-board.

MegaBots bắt chước hình dáng con người, nhưng lại di chuyển bằng bánh xe.

Một trong những lý do khiến cho hình dáng con người trở nên hấp dẫn khi là một phương tiện di chuyển chính bởi thiết kế cực kỳ gọn nhẹ của nó. “Cấu trúc giải phẫu của con người rất hiệu qua cho việc leo trèo qua đá sỏi và đi bộ,” Rob Buckingham, giám đốc của Race giải thích (Ứng dụng điều khiển từ xa trong những môi trường khắc nghiệt) tại Trung tâm khoa học Culham. “Chỉ cần nhìn vào một người lính với khả năng mang vác cân nặng gấp nhiều lần trọng lượng cơ thể qua rất nhiều địa hình.”

Tuy nhiên, đi trên hai chân cần tới sự khéo léo đáng kể, và kiểm soát tính ổn định khá khó khăn.

Hơn nữa, bạn sẽ điều khiển một thứ cao tới 3 mét? Giáo sư Sethu Vijayakumar của Trung tâm nghiên cứu Robot Edinburgh đã gợi ý về một tổ hợp hoạt động từ xa, như những gì được dùng trên “powerloader” trong bộ phim Aliens, với những hệ thống tự động phản ứng với ý định của người lái. “Sẽ có những ý muốn thuộc loại cao cấp đến từ người điều khiển, nhưng sẽ chỉ có những điều khiển loại cấp thấp được đưa vào hệ thống, như duy trì ổn định khi đi lại chẳng hạn,” theo Sethu.

Thực tế, một con mech người lái đi trên hai chân còn chứa đựng nhiều hơn thế. “Đây là một loại công nghệ rất khả thi,” Sethu nói. “Khả thi hơn nhiều so với những hệ thống tự động hoàn toàn, bởi những hệ thống như vậy mang theo rất nhiều vấn đề về cảm nhận và đưa ra quyết định theo ngữ cảnh.”

Tuy nhiên, bất cứ hệ thống điều khiển từ xa nào cũng sẽ cần tới một nền tảng giao tiếp có thể chống lại hack và mất điều khiển.

Hơn nữa còn là những câu hỏi về nguồn năng lượng cho mech. Weisman đã hình dung bộ giáp cơ khí của ông sử dụng lò phản ứng nhiệt hạch, nhưng với việc kích thước hiện nay của lò nhiệt hạch chẳng khác gì một nhà kho, điều này là không tưởng. Phim Pacific Rim sử dụng lò hạt nhân phân hạch, đem tới năng lượng rất lớn, nhưng sẽ có những lo ngại về tính an toàn. “Công nghệ về pin và mật độ năng lượng vẫn đang đi phía sau so với những gì khả thi về mặt lý thuyết,” Sethu nói.

Bánh xe của robot Kuratas đã giải quyết một vài vấn đề trong viêc tìm cách tạo ra đôi chân nhân tạo.

Đem lại thông tin ngữ cảnh và nhận thức về tình huống cho người lái cũng là một vấn đề. “Ta đã có những tiến độ với điều khiển thời gian thực, như với độ ổn định,” trích lời giáo sư Sethu. “Vấn đề ở chỗ là ta biết cách làm, nhưng khi bạn có những cảm biến thực tế, bất cứ sai lệch nhỏ nào trên cảm biến cũng sẽ làm ngưng hệ thống điều khiển.”

Phản hồi xúc giác cũng hữu dụng trong việc xác định xem bạn có đang chạm vào thứ gì không. Tuy nhiên, cung cấp thêm cảm giác cho người lái, nghĩa là thêm ngữ cảnh cho những gì mech đang trải nghiệm, sẽ đem tới nguy cơ quá tải cho người lái với quá nhiều thông tin.

Thường thì, bạn làm ra thứ gì càng lớn, nó sẽ càng nặng. Áp lực trên một bề mặt bằng với lực chia cho diện tích ảnh hưởng. Với một hệ thống hai chân, hầu hết trọng lượng sẽ tập trung vào hai chân. Điều này sẽ tạo ra “hiệu ứng giày cao gót”, khi mà tất cả cân nặng tập trung vào một vùng rất nhỏ. “Khi một người phụ nữ đặt toàn bộ trọng lượng của mình lên gót giày bé xíu, nó sẽ đâm xuyên qua được rất nhiều chất liệu,” Weisman nói.

Người Đức đã gặp vấn đề tương tự khi phát triển xe tăng siêu nặng Maus vào thế chiến 2. Nặng tới 188 tấn, nó hoạt động ổn ở thử nghiệm đầu tiên trên xi măng cốt thép, nhưng đã lún đất khi thử nghiệm ngoài thực tế.

Vấn đề nữa là việc khiến cho mech đi lại. Một bộ cân bằng gyroscope có thể khiến cho máy móc, như tàu biển, tự cân bằng được. Tuy nhiên, việc đi lại là một quá trình rất thiếu cân bằng. Con người đi lại bằng việc nghiêng về phía trước và bắt theo nhịp với bàn chân. Và khi bạn làm thứ gì đó càng cao; sẽ càng khó để khiến nó thăng bằng.

Xe tăng Maus của Đức đã gặp vấn đề dàn trải áp lực quá lớn của nó lên đường đi.

Cả ‘Kuratas’ được phát triển bởi Suidobashi Heavy Indusry và ‘Mark 2’ đến từ Megabots đều được tuyên bố là mech. Tuy chúng đều bắt chước hình dáng của con người, chúng không hề sử dụng chuyển động từ hai chân mà thay vào đó sử dụng bánh xe. Một vấn đề nữa là việc bắt chước hình dáng con người – vốn là một hệ thống phân phối tải và năng lượng rất tốt – cũng là một nhiệm vụ khó khăn trên quan điểm kỹ thuật.

Động cơ ở các khớp có thể là một giải pháp, nhưng giải pháp này sẽ cần tới một lượng lớn động cơ để hỗ trợ toàn bộ cơ thể. Những động cơ này vốn khá nặng, nghĩa là sẽ có một lượng cân nặng đáng kể tập trung ở khớp, khiến cho việc cân bằng mech khó khăn hơn nhiều.

Đã có những nghiên cứu về cơ bắp khí nén, nhưng nó sẽ cần tới hai cơ để đóng và mở ở mỗi khớp. “Bạn có thể tạo ra những thứ có tối đa năm khớp nếu dùng những cơ bắp khí nén đó,” Sethu nói. “Nhưng khi bạn làm ra một hệ thống trên hai chân từ thứ đó, nó sẽ mất kiếm soát về mặt điện tử, việc đi dây và kết nối.”

Ta cũng đã dần bắt đầu sản xuất mech, với khung xương trợ lực prototype Assit Suit AWN-03 của ActiveLink. Bộ đồ này được phát triển như một giải pháp cho tình trạng thiếu nhân lực có thể phát sinh do dân số già. “Có những ngành đặc thù không thể cơ giới hóa, và công nhân vẫn sẽ phải tự mang vác vật nặng,” trích lời Hiromichi Fujimoto, chủ tịch Activelink.

Mech đi bằng hai chân có thể được những tay viết viễn tưởng ưa thích, nhưng sẽ rất khó để chúng trở thành hiện thực.

Bước tiếp theo của Assit Suit sẽ là giảm trọng lượng và chi phí sản xuất, trước khi phát triển một mẫu mới cho công việc nặng nhọc hơn. Assit Suit mới sẽ có khả năng nâng vật thể mà một người không thể tự mình nâng lên được.

Ngày nào đó, ta có thể sẽ có những khung xương trợ lực dành cho việc mang vác hàng và, hoặc giả, kể cả xây dựng. Tuy nhiên, những con mech cao bằng cả tòa nhà rải bước qua những thành phố tương lai sẽ vẫn là sản phẩm trên màn ảnh. “Chúng là mộng tưởng tuyệt vời, nhưng khi là phương tiện quân sự thực tế, điều cuối cùng bạn muốn ở nó chính là chiều cao,” Weisman nói.

“Ở một vài khía cạnh, ta đã có được công nghệ này,” Sethu nói. “Ta sẽ có mech hình dạng người, nhưng chỉ khi ta tìm được ứng dụng thực tế. Chỉ có những nhà văn viễn tưởng mới quan tâm liệu có có hai tay hay hai chân.”

Theo BBC.