Kỷ lục robot nhảy cao nhất hành tinh: 30 mét từ mặt đất lên nóc nhà 10 tầng

Khi các kỹ sư muốn thiết kế ra một robot có chức năng siêu phàm, họ thường không soi gương. Đó là bởi các robot hình người hiện nay không những khó chế tạo, mà chế tạo thành công cũng tương đối vô dụng.

Bạn còn nhớ Asimo chứ? Cỗ máy từng được coi là robot hình người tiên tiến nhất thế giới vào năm 2000. Nó có thể đi lại, leo cầu thang và đá bóng nhưng cuối cùng cũng đã bị khai tử vào năm 2018, khi các màn trình diễn của Asimo đã trở nên nhàm chán và không còn thú vị nữa.

Thay vào đó, các robot thực dụng nhất được con người chế tạo hóa ra lại lấy cảm hứng từ các loài động vật. Chúng ta có robot chuột và robot chim được chế tạo cho nhiệm vụ tìm kiếm cứu hộ, robot chó phục vụ công tác chiến trường, thám hiểm Sao Hỏa hoặc đơn giản là cầm theo một bình nước và chạy bộ cùng chủ nhân.

Robot gián có khả năng tăng tốc siêu nhanh và sống siêu dai, giẫm lên cũng không chết. Lại có những robot hình rắn đào được hầm chui qua cát làm nhiệm vụ thám hiểm. Và robot bọ hung có thể thụ phấn cho cây trồng.

Tuy nhiên, không phải lúc nào con người cũng phải bắt chước Mẹ Tự Nhiên. Mới đây, một nhóm các kỹ sư tại Đại học California đã đạt đến một cảnh giới mới, khi họ chế tạo thành công một robot nhảy cao kỷ lục mà không dựa trên bất kỳ nguyên mẫu động vật nào.

Đó là một con robot có kích thước 30 cm, nhưng nó có thể bật nhảy lên không trung và đạt đến độ cao hơn 30 mét, nghĩa là gấp tới 100 lần chiều dài của chính nó và tương đương với một tòa nhà 10 tầng.

Đây là một màn biểu diễn bất chấp trọng lực mà không có loài sinh vật sống nào có thể thực hiện được. Bạn nghĩ một con ếch hay một con châu chấu có thể nhảy cao được tới vậy hay không?

Elliot W. Hawkes, kỹ sư cơ khí tại Đại học California đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu cho biết: "Loài động vật nhảy cao nhất hành tinh hiện tại là galago [một loài linh trưởng nhỏ bằng cỡ một con sóc], nhưng nó cũng chỉ có thể bật nhảy tại chỗ lên độ cao khoảng 2 mét 3".

Có thể nói, thiết kế robot mới của Hawkes đã "out trình" cả tạo hóa. Nhưng anh đã làm được điều đó bằng cách nào?

Thiết kế đặc biệt của robot: Không giống bất kể một sinh vật sống nào

Trước đây, các kỹ sư trên thế giới từng chế tạo được 2 con robot nhảy cao kỷ lục. Một con sử dụng cơ chế nổ có thể nhảy từ mặt đất lên cao 8 mét. Con còn lại sử dụng cơ chế khí nén có thể đạt tới độ cao 10 mét.

Để phá được hai kỷ lục này, nhóm nghiên cứu của Hawkes đã thiết kế ra một robot mới có bộ nhảy dựa trên lực đàn hồi. Trong loại hệ thống nhảy này, một bộ phận được gọi là cơ cấu truyền động sẽ chuyển động và tích trữ năng lượng vào lò xo.

Khi chốt lò xo được giải phóng, nó sẽ đẩy con robot lên không trung và thực hiện cú nhảy.

Về phần này, nguyên lý cơ bản của nó cũng khá giống các thành viên trong vương quốc động vật. Ví dụ, cơ chân của châu chấu đóng vai trò như một cơ cấu truyền động: Khi nó co lại, nó sẽ uốn cong một phần khớp gối giống như lò xo để tạo ra lực căng. Sau đó, con châu chấu giải phóng lực căng đó để nhảy về phía trước.

Tuy nhiên, đối với bất kỳ sinh vật nào nhảy dựa trên lực đàn hồi, chiều cao của cú nhảy cũng sẽ bị giới hạn bằng lực mà lò xo có thể tích trữ. Và lực này tiếp tục phụ thuộc vào 2 yếu tổ.

Đầu tiên là có bao nhiêu công mà một thiết bị truyền động có thể cung cấp. Ở động vật, cơ bắp chỉ có một lần co lại duy nhất giúp chúng kéo giãn "lò xo" của mình. Nhưng đối với bộ truyền động trong robot của Hawkes, anh đã sử dụng một động cơ - có thể quay nhiều lần trước mỗi cú nhảy và do đó liên tục tục tích trữ nhiều năng lượng hơn.

Yếu tố thứ hai tác động vào sức mạnh của cú nhảy đàn hồi là khả năng lò xo giữ được nhiều năng lượng nhất có thể mà không phải gánh thêm quá nhiều tải trọng. Để tối đa hóa mật độ năng lượng của robot, nhóm nghiên cứu của Hawkes đã tạo ra một thiết bị nặng vỏn vẹn 30 gram nhưng toàn bộ các cấu trúc của nó đều hoạt động như một chiếc lò xo, không có phần nào thừa ra ngoài.

Bạn có thể thấy con robot là một tổng thể cấu thành từ các dây cao su và thanh sợi carbon. Tất cả các vật liệu này đều có mật độ năng lượng cao hơn nhiều so với mô sinh học.

Khi bộ truyền động, ở đây là một động cơ quay, nó sẽ cuốn một sợi dây làm co lò xo. Các dây cao su dưới sức căng đó sẽ nén và uống từng thanh sợi carbon thành một hình dạng cong giống như cánh cung.

Sau đó, chốt nhả ra bắn con robot lên không trung với tốc độ khoảng 100 km/h. Dưới lực cản không khí và lực hút của Trái Đất, con robot có thể đạt tới độ cao 30 một cách dễ dàng. Con số đó tương đương với một cú nhảy lên nóc một tòa nhà 10 tầng.

Nếu con robot được đưa lên Mặt Trăng, nó có thể nhảy cao 125 mét và xa nửa cây số

Đến đây, bạn có thể hỏi các kỹ sư mất công tạo ra một con robot nhảy cao liệu có ích lợi gì? Giả sử như có một vụ hỏa hoạn xảy ra trên tầng 10 của một tòa nhà, bạn sẽ muốn dùng một con robot nhảy lên đó để tiếp cận hiện trường ngay lập tức.

Một con robot nhảy chắc chắn sẽ nhanh hơn các robot có bánh xe phải đi bộ. Và nó cũng bền bỉ và hoạt động được trong điều kiện khắc nghiệt hơn một chiếc drone biết bay.

"Theo một nghĩa nào đó, nhảy là một cách tuyệt vời để thám hiểm xung quanh vì bạn có thể nhảy qua những chướng ngại vật nằm trên đường đi của bạn", Sarah Bergbreiter, một kỹ sư cơ khí tại Đại học Carnegie Mellon cho biết.

"Những cú nhảy của robot cũng có thể được thực hiện rất dễ dàng, không như việc bạn phải cố gắng điều khiển các robot bay hay robot có chân hoặc bánh xe để đi qua các chướng ngại vật".

Với những ưu thế này của robot nhảy, Hawkes mong muốn phát triển chúng cho nhiệm vụ thám hiểm không gian. Anh nói trong môi trường của các hành tinh hoặc thiên thể khác, với bầu khí quyển loãng và trọng lực thấp hơn Trái Đất, con robot này còn có thể nhảy cao hơn nữa.

"Ví dụ như trên Mặt Trăng, về lý thuyết thiết bị của chúng tôi có thể nhảy xa tới nửa cây số về phía trước và đạt tới độ cao 125 mét", Hawkes nói. Hiện anh đang làm việc với Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ NASA để phát triển một phiên bản robot nhảy dành cho mục đích thám hiểm ngoài Trái Đất.

Nhưng trước khi nó được bắn lên Mặt Trăng, robot nhảy cần phải trải qua nhiều lần nâng cấp hơn nữa. Ví dụ, nguyên mẫu hiện tại chưa có khả năng tự động điều hướng. Nó cũng dựa vào pin để cung cấp năng lượng cho động cơ, và phải mất tới vài phút để nạp lại lò xo giữa mỗi cú nhảy.

Tuy nhiên, Hawkes hy vọng anh và nhóm của mình sẽ kịp khắc phục tất cả các điểm yếu còn tồn tại này, và cho ra mắt một phiên bản robot nhảy cao hoàn hảo vào năm 2027.

Tham khảo Washingtonpost, Newscientist