ASIMO - Niềm tự hào công nghệ Nhật Bản

Nếu một ngày nào đó bạn đã quá chán ngán với những công việc vụn vặt không tên như rửa bát, quét nhà, đi chợ, nấu nướng..., hẳn bạn sẽ ao ước được sở hữu một con robot có khả năng thay bạn làm tất cả những công việc trên. Và trên thực tế, robot đã làm được rất nhiều thứ mà con người không muốn làm, không thể làm hay không thể làm tốt hơn những con robot đã được lập trình sẵn.

 

 

Robot dường như là một đề tài rất "hot" trên phim ảnh. Từ những chiến binh dũng mãnh trong loạt phim Transformer cho đến những robot có cảm xúc giống như con người trong bộ phim Bicentennial Man, robot thực sự đã tạo ra những khoảnh khắc đáng nhớ trên màn ảnh. Tất nhiên, robot trong cuộc sống thực tại không thể so sánh với những đồng loại trên phim ảnh, nhưng trong những năm gần đây, con người đã thực sự đạt được những bước tiến lớn trong công nghệ chế tạo robot. Trong suốt 20 năm miệt mài nghiên cứu và sáng tạo, các kỹ sư thuộc tập đoàn Honda cuối cùng cũng đã cho ra đời sản phẩm được cho là gần-giống-con-người nhất -- ASIMO. Bài viết dưới đây hi vọng sẽ giúp bạn đọc tìm hiểu về những nét đã làm nên thành công của phát minh này.

 

ASIMO- viết tắt của Advanced Step in Innovative Mobility, là robot đầu tiên trên thế giới có khả năng leo cầu thang và đi lại một cách độc lập. Không chỉ vậy, nó có thể nhận diện khuôn mặt, giọng nói, cử chỉ điệu bộ, và có thể được điều khiển qua giọng nói. Với đôi tay của mình, ASIMO có thể bật tắt công tắc đèn, mở cửa, mang vác, đẩy xe... và vô vàn những công việc không tên khác.

 

 

Honda đã thiết kế ra ASIMO với mục đích tạo ra một người giúp việc đúng nghĩa cho con người, một robot có thể làm việc nhà, chăm sóc người cao tuổi, giúp đỡ những người khuyết tật trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày. Chỉ cao khoảng 1.3 mét, đúng bằng chiều cao của một người đang ngồi xe lăn, cùng với ngoại hình khá giống với một phi hành gia tý hon, điều này làm cho hình ảnh của ASIMO trở nên khá thân thiện và dễ gần.

 

Bên cạnh đó, ASIMO còn được thiết kế ra để làm những việc quá nguy hiểm với con người như thăm dò ở những vùng nguy hiểm, phá bom mìn....

 

 

Honda đã bắt đầu sáng chế của mình bằng cách tiến hành nghiên cứu cấu trúc chân của những loại côn trùng, động vật có vú, và chuyển động của những vận động viên leo núi với chân giả, để có thể hiểu được chức năng sinh lý và vô vàn những yếu tố phức tạp khác trong mỗi bước chân của chúng ta. Lấy ví dụ, việc chúng ta thay đổi trọng tâm, sử dụng cơ thể -- đặc biệt là cánh tay, để giữ thăng bằng đóng vai trò rất quan trọng trong việc thiết kế ra những bước đi của ASIMO. Hay như vai trò giữ thăng bằng của những ngón chân cũng đã giúp các kỹ sư thiết kế ra một đầu lồi dưới chân của ASIMO, với vai trò tương tự như những ngón chân mỗi khi ASIMO di chuyển. Đầu lồi này cũng đồng thời hấp thụ phần nào các phản lực tác động lên các khớp, giống với vai trò của các mô mềm trong cơ thể.

 

 

ASIMO cũng có những bộ phận nhận cảm tương đương với cơ quan tiền đình trong cơ thể người, chúng có khả năng nhận biết được vị trí, phương hướng, tốc độ di chuyển, từ đó giúp cơ quan đầu não điều chỉnh lại thăng bằng của cơ thể. Không những thế, những bộ phận nhận cảm này còn có thể thay thế vai trò của da và cơ trong cơ thể người: nhận cảm về sức căng cơ, về áp lực và tư thế khớp.

 

Tuy nhiên, đột phá trong những bước đi của ASIMO nằm ở khả năng thay đổi hướng di chuyển. Thay vì việc dừng lại và xoay người, ASIMO sẽ nghiêng đi và nhẹ nhàng chuyển hướng như một cơ thể người hoàn chỉnh. ASIMO cũng có khả năng tự điều chỉnh lại những bước đi của mình trong trường hợp sẩy chân, bị đẩy, hay có bất kỳ những chướng ngại vật nào trên đường đi của nó.

 

 

Để làm được điều này, các kỹ sư thiết kế ra ASIMO cần phải tìm được cách giải quyết các phản lực phát sinh trong mỗi bước đi của ASIMO. Hãy thử hình dung rằng mỗi bước đi của bạn sẽ tác động 1 lực xuống nền nhà, từ đó một phản lực sẽ sinh ra. Các lực này phải cân bằng với nhau, và tư thế cơ thể đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc này.

 

Để kiểm soát tư thế của ASIMO, các kỹ sư đã tạo ra ba cơ chế điều khiển chính:

 

Floor reaction control (tạm dịch cơ chế điều khiển phản lực với mặt sàn): có nghĩa là lòng bàn chân của ASIMO tiếp xúc một cách không hoàn toàn với sàn trong khi vẫn giữ được tư thế vững chắc.

 

Target ZMP control (tạm dịch Cơ chế hướng tới điểm cân bằng) : có nghĩa là khi cơ thể ASIMO không còn đứng vững và rơi về một hướng nào đó, phần trên của ASIMO sẽ tự động di chuyển về hướng ngược lại. Cùng lúc đó, ASIMO sẽ tăng tốc độ di chuyển nhằm nhanh chóng lấy lại cân bằng.

 

Foot-planting location coltrol (Tạm dịch Cơ chế định vị bước đi) : được kích hoạt khi cơ chế hướng điểm cân bằng bắt đầu hoạt động. Nó sẽ tự động điều chỉnh lại chiều dài mỗi bước đi để lấy lại sự điều hòa giữa tư thế, vận tốc cơ thể và chiều dài mỗi bước đi.

 

 

Một robot đích thực với khả năng thay thế con người trong nhiều lĩnh vực khác nhau buộc phải có khả năng "nhìn" và phân tích những thông tin mà nó nhìn thấy. Bóng tối, góc nhìn kết hợp với sự di chuyển phải được hiểu rõ. Hãy lấy ví dụ, khi một robot bước chân vào một địa điểm vô danh nào đó, nó phải xác định và nhận diện được các vật thể ở đó, phân tích được những chi tiết như màu sắc, góc cạnh để so sánh với những vật thể mẫu trong dữ liệu của nó. Và số lượng vật thể mẫu này có thể lên tới hàng nghìn đồ vật khác nhau.

 

 

Hệ thống "nhìn" của ASIMO bao gồm hai camera tương đương với 2 con mắt, được gắn trên đầu của nó. ASIMO sử dụng hệ thống stereoscopic vision (thị lực nổi) và vision algorithm (hệ thống thị lực lập trình) để nhìn, nhận biết và phân tích vật thể. Những chiếc camera này có khả năng nhận biết nhiều vật thể, xác định khoảng cách, nhận diện khuôn mặt, và thậm chí là cả động tác. Hãy thử giơ ra phía trước và ra hiệu cho nó dừng lại, bạn sẽ thấy ngay kết quả. Chính khả năng nhận diện này đã làm cho ASIMO trở nên thân thiện hơn rất nhiều.

 

ASIMO cũng có thể nhận biết các vật thể di chuyển thông qua việc phân tích các hình ảnh được "chụp" lại bởi các camera, từ đó ước lượng được khoảng cách và phương hướng đối với vật thể đó. Khả năng này cho phép ASIMO có thể "bám đuôi" một người, hoặc dừng việc mình đang làm để nhường đường cho người khác đi qua, hay để chào đón một ai đó.

 

 

Không chỉ thị giác, ASIMO còn có nhiều giác quan giúp nó tương tác tốt với môi trường làm việc. Cảm biến bề mặt (floor surface sensors) cho phép ASIMO nhận biết áp lực tương tác lên mỗi bước chân, từ đó điều chỉnh lại các bước đi cho phù hợp. Bộ phận siêu âm hoạt động tương tự như giác quan của loài dơi, giúp ASIMO nhận biết các vật thể xung quanh.

 

Về một khía cạnh nào đó thì ASIMO cũng có xúc giác. Bộ phận nhận cảm áp lực trên cổ tay ASIMO giúp nó định lượng được lực tác động lên tay. Mỗi khi bắt tay một người nào đó, những thông tin thu được từ các camera và bộ phận nhận cảm này sẽ giúp ASIMO có những động tác "ăn khớp" với người đối diện. Hay như khi đẩy xe chở hàng, bộ phận này cũng giúp ASIMO xác định lực cần thiết để đẩy chiếc xe. Ví dụ như khi lên dốc, ASIMO có thể xác định được sự thay đổi và tăng thêm lực đẩy.

 

 

Một cách khác giúp ASIMO có khả năng nhận biết sự hiện diện của đối tượng đó là thông qua chiếc thẻ kết nối IC. Những chiếc thẻ này sử dụng tín hiệu hồng ngoại để nhận và truyền thông tin. Khi bạn cầm chiếc thẻ này và ghé thăm trụ sở của Honda, ASIMO sẽ tiếp đón và hướng dẫn bạn trong chuyến thăm quan này, ngay sau khi tiếp nhận những thông tin được mã hóa trên chiếc thẻ.

 

 

ASIMO không phải là một robot có khả năng tự xử lý. Nó không thể nào tự đưa ra quyết định nên đi đâu hay làm gì. Khi làm việc, ASIMO bắt buộc phải được lập trình từ trước, hoặc phải được điều khiển bằng tay.

 

ASIMO có thể được điều khiển thông qua 4 phương thức chính:

 

 

 

 

 

Sử dụng hệ thống WiFi chuẩn 802.11 cùng với 1 laptop hay một chiếc máy tính bàn, bạn có thể điều khiển ASIMO, đồng thời quan sát thông qua "đôi mắt" của nó. ASIMO cũng có thể sử dụng kết nối mạng để thu thập thông tin và báo cáo cho bạn, ví dụ như tin tức hay thông tin về thời tiết.

 

Hệ thống điều khiển từ xa hoạt động cũng tương tự như một chiếc remote điều khiển xe môtô. Bạn có thể ra lệnh cho ASIMO tiến lùi, rẽ sang 2 bên, đi vòng tròn... Tuy được điều khiển, nhưng ASIMO cũng có khả năng tự điều chỉnh những bước đi của mình. Khi bạn ra lệnh cho ASIMO tiến lên phía trước, và nó gặp phải vật cản nào đó, khả năng tự điều chỉnh sẽ dễ dàng giúp ASIMO vượt qua chướng ngại này.

 

 

ASIMO có thể nhận ra một vài động tác đơn giản, giúp người sử dụng thuận tiện hơn trong việc điều khiển những chú robot này. Bạn có thể chỉ đến một điểm nào đó để ra lệnh cho ASIMO di chuyển tới, và ASIMO sẽ đi theo chỉ dẫn này. Nếu bạn vẫy tay với ASIMO, nó cũng sẽ vẫy tay chào lại. Thậm chí ASIMO còn có khả năng nhận ra khi nào bạn muốn bắt tay với chúng.

 

ASIMO còn có khả năng hiểu và thực hiện những lệnh ngắn, đơn gian và đã được lập trình trước. Số lượng những câu lệnh này là vô tận. Để đơn giản hơn, bạn có thể lập trình giọng nói của bạn vào bộ nhớ của ASIMO, từ đó nó có thể dễ dàng nhận ra bạn.

 

 

Honda bắt đầu những nghiên cứu của mình từ năm 1986. Những nhà thiết kế hiểu rằng sản phẩm này phải dễ dàng di chuyển trong nhà, và điều đó có nghĩa là công nghệ di chuyển phải thật hoàn hảo. Do đó, mục tiêu đầu tiên của họ chủ yếu tập trung vào đôi chân của ASIMO. Sau khi cơ chế di chuyển đã gần hoàn thiện, tay, đầu và thân mình mới bắt đầu được thêm vào.

 

 

Sản phẩm đầu tiên ra đời, và nó được đặt tên là E.O. E.O bước đi rất chậm, đôi khi phải mất đến 20 giây để hoàn thành xong một bước. Nguyên nhân là do E.O hoạt động theo cơ chế di chuyển tĩnh. Với cơ chế này, mỗi khi bước về phía trước, nó buộc phải chờ cho đến khi trọng lượng cơ thể cân bằng trở lại trước khi thực hiện bước đi tiếp theo. Và con người, tất nhiên không bước theo cách đó, do vậy những nghiên cứu vẫn tiếp tục.

 

 

Cho đến thời điểm này, các kỹ sư đã phát triển ra một phương pháp di chuyển mới với tên gọi "di chuyển động". Với công nghệ này, robot (nay có tên gọi là protopype E1) sẽ nghiêng mình về phía trước, thay đổi trọng tâm và di chuyển bước chân tiếp theo. Và do đó, thay vì đổ về phía trước, robot sẽ đi về phía trước.

 

 

Với các thế hệ E4, E5 và E6, những nhà thiết kế đã thực sự hoàn thiện cơ chế đi lại đến mức robot có thể dễ dàng di chuyển trên một phẳng nghiêng và trên những địa hình không bằng phẳng. Nhưng để di chuyển được như một con người thực sự, ASIMO cần đến thân mình, tay và đầu, do đó các kỹ sư thiết kế vẫn cần phải tiếp tục công việc của mình.

 

 

 

Ba thế hệ mới của ASIMO chào đời trong thời điểm này: P1, P2 và P3 với vẻ bề ngoài rất giống với con người. Thế hệ P1 cao đến 1m88 và nặng 175 kg. P2 được thiết kế nhỏ gọn hơn, tuy nhiên lại nặng đến... 210kg, rõ ràng không phải một thứ bạn muốn sở hữu trong căn nhà của mình. Sự ra đời của P3 đã khắc phục những nhược điểm trên: với chiều cao khoảng 1m57, nặng khoảng 130 kg, P3 có khả năng di chuyển nhanh hơn và êm hơn so với 2 người anh em của mình.

 

 

Thêm nhiều cải tiến được tạo ra, giúp ASIMO có khả năng di chuyển dễ dàng trên gần như bất cứ loại địa hình nào. Các khớp nối được thiết kế một cách tinh vi, những bộ phận nhận cảm phức tạp cùng với một cơ chế vận động hoàn hảo giúp ASIMO có khả năng thay đổi phương hướng di chuyển một cách liên tục và nhẹ nhàng, trong khi những robot khác sẽ phải dừng lại và đổi hướng. Kích cỡ của ASIMO cũng được giảm đáng kể, giờ đây nó chỉ còn nặng khoảng 52 kg, cao khoản 120 cm. Thiết kế nhỏ gọn này rất phù hợp với mục đích công việc của ASIMO. Chiều cao chỉ ngang tầm với 1 người đang ngồi sẽ giúp nó dễ dàng giúp đỡ những người phải ngồi xe lăn, hay những việc đơn giản hơn như đẩy xe hàng, vặn núm cửa, bật tắt công tắc đèn....

 

 

Các kỹ sư thiết kế đã đi xa hơn trong việc hoàn thiện hệ thống di chuyển của ASIMO. Giờ đây nó có thể đi lại với tốc độ trung bình 2.5-2.7 km/h, và chạy được với vận tốc khoảng 6 km/h. Nguồn điện của ASIMO cũng được cải tiến, cho phép gấp đôi thời gian sử dụng trước khi phải sạc. Thẻ kết nối IC được tạo ra cho phép ASIMO dễ dàng nhận diện khách hàng hơn. Những hệ thống cảm biến mới được thêm vào giúp ASIMO tương tác tốt hơn với môi trường xung quanh nó.

 

 

Các kỹ sư thiết kế ra ASIMO thậm chí đã phải bay đến Vatican để xin ý kiến của giáo hội khi tạo ra một thứ có thể di chuyển giống người đến thế. Và Vatican cho rằng việc này hoàn toàn không có vấn đề gì.

 

Trong giai đoạn thử nghiệm, ASIMO đã được sử dụng với vai trò tiếp tân trong trụ sở của Honda ở Tokyo. Công việc chủ yếu của những chú robot này là tiếp đón và hướng dẫn khách hàng.

 

Nếu như ý tưởng về một binh đoàn ASIMO có thể làm bạn phải e ngại, thì giờ đây, bạn có thể hoàn toàn yên tâm. Honda nói rằng họ sẽ không bao giờ nâng cấp ASIMO với mục đích quân sự, và sự thật là những cải tiến của ASIMO chỉ đơn thuần làm cho những "người giúp việc" này hoạt động hiệu quả hơn.

 

 

Từ năm 2006, Honda đã bắt đầu phát triển ý tưởng này, và họ hi vọng rằng, với khả năng đọc được suy nghĩ của con người, ASIMO sẽ có thể trở thành những trợ thủ đắc lực cho những người tàn tật, những người không còn khả năng điều khiển ASIMO bằng ngay cả bằng giọng nói và động tác.

 

Kể từ lần đầu tiên ra mắt công chúng, ASIMO đã tham gia vào rất nhiều sự kiện khác nhau. Rất có thể bạn đã từng nhìn thấy chú robot dễ thương này trên truyền hình, khi nó rung chiếc chuông mở đầu sự kiện "New York Stock Exchange" vào năm 2002, hay khi nó xuất hiện trên Disneyland trong chương trình "Chào ASIMO"....

 

 

Với những bước tiến vượt bậc của mình, ASIMO đã thực sự mở ra một kỷ nguyên mới trong nền công nghiệp chế tạo robot. Hãy cùng hi vọng vào một ngày không xa, một con robot có khả năng nấu nướng, quét dọn hay vô vàn những công việc không tên khác sẽ không phải chỉ có trên phim ảnh.