Kỹ sư Nhật Bản này đã phát triển một AI có thể đo sức mạnh sinh vật, giống chiếc kính Scouter trong "7 viên ngọc rồng"

Bất kỳ ai đã từng đọc bộ truyện tranh Dragonball , hay 7 viên ngọc rồng trước đây, đều rất ấn tượng với Scouter, một chiếc kính đeo có khả năng hiển thị sức mạnh của một người hoặc sinh vật đứng đối diện.

Khi Raditz - người Saiyan đầu tiên xuất hiện đáp phi thuyền xuống Trái Đất, hắn đã dùng chiếc kính để đo sức mạnh của một một người địa cầu, một người nông dân cầm súng có chỉ số sức mạnh bằng 5.

"Hành tinh quái gì vậy", Raditz thốt lên, dựa trên bối cảnh mà bộ truyện được xây dựng. Hắn và đa số người Saiyan khác đều có chỉ số sức mạnh từ hàng nghìn đến hàng trăm nghìn.

Với ngoại hình bắt mắt, ý tưởng hoạt động đơn giản nhưng vô cùng thú vị, không ngạc nhiên khi chiếc kính Scouter sau đó đã trở thành một biểu tượng của cả bộ truyện, một trong những món đồ chơi ăn theo bán chạy nhất từ Dragonball .

Thế nhưng, đồ chơi tưởng chừng sẽ mãi là đồ chơi, chúng ta đã sống đủ lâu để chứng kiến một kỹ sư Nhật Bản phát triển một cơ chế đo sức mạnh sinh vật, có khả năng biến những chiếc kính Scouter đồ chơi trở thành đồ thật.

Anh ấy đã chứng minh sức mạnh của mọi sinh vật, bao gồm cả con người, suy cho cùng đều có thể đo đạc được.

Nhưng làm thế nào để đo được sức mạnh của một sinh vật sống?

Khi nói đến sức mạnh của một cỗ máy, một chiếc xe hay một chiếc máy tính, con người đều có các thông số cụ thể để đo chúng. Ví dụ, một chiếc cần cẩu 10 tấn có khả năng nâng 10 tấn, một chiếc ô tô Vinfast 8 có sức mạnh 402 mã lực, tương đương khả năng sinh công 300kW cho thời gian tăng tốc từ 0 đến 100 km/h trong 5,3 giây.

Thật trớ trêu khi các nhà khoa học có thể sử dụng "mã lực" để tính toán chính xác sức mạnh của một khối động cơ. Ở chiều ngược lại, làm sao để tính toán được sức mạnh của một sinh vật sống lại khó hơn rất nhiều.

Chẳng hạn, một con cá có sức mạnh bằng bao nhiêu mã lực? Một người bình thường có khả năng sinh công tối đa là bao nhiêu? Ngay cả sức mạnh của một con ngựa, trên thực tế cũng không phải bằng đúng 1 mã lực.

Việc đo sức mạnh của một sinh vật khó ở chỗ chúng là một thực thể sinh học rất phức tạp, với các cơ chế sinh công ở nhiều bó cơ bắp rải rác khắp cơ thể chứ không xuất phát từ riêng một bộ phận như motor của một chiếc xe điện.

Dẫu vậy, các nhà khoa học cũng đã cố gắng phát triển một phương pháp đo sức mạnh sinh vật gọi là Dynamic Body Acceleration (DBA) hay "Gia tốc chuyển động cơ thể", tiến sĩ Kota Ishikawa, một kỹ sư tại Khoa Vật lý Sinh học Biển thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa, Nhật Bản cho biết.

Đúng như tên gọi của nó, DBA hoạt động bằng cách đo gia tốc của các chuyển động trên cơ thể sinh vật, ví dụ như chuyển động của tứ chi để ước tính năng lượng mà sinh vật đang tiêu thụ dựa trên lượng oxy chuyển đổi thông qua chuyển động đó.

Quá trình ban đầu được thực hiện trong môi trường phòng thí nghiệm, nơi các nhà khoa học đưa sinh vật - ví dụ như một con ngựa vào trong một chiếc hộp để chạy trên một chiếc máy chạy bộ.

Con ngựa được gắn gia tốc kế vào tứ chi để ghi nhận thông số chuyển động. Lượng oxy trong chiếc hộp liên tục được đo đạc để đồng bộ với các chuyển động đó. Dựa trên nồng độ oxy rút đi bị chuyển thành CO2, các nhà khoa học sẽ ước tính được năng lượng mà con ngựa sử dụng trong mỗi chuyển động.

Oxy là một chỉ báo năng lượng tốt, vì oxy được tiêu thụ như một phần của quá trình hô hấp hiếu khí để tạo ra ATP – 'nhiên liệu' cung cấp năng lượng cho hầu hết các quá trình của cơ thể, bao gồm cả co cơ.

Gia tốc của động vật được đo đồng thời bằng máy đo gia tốc và trong hầu hết các trường hợp, vì mối tương quan giữa gia tốc và mức tiêu thụ oxy trong quá trình thực hiện hành vi là rất mạnh, nên DBA cung cấp ước tính đáng tin cậy về mức tiêu thụ năng lượng, tiến sĩ Ishikawa cho biết.

Bây giờ, sau khi đã có một bộ thông số, mỗi chuyển động gia tốc của con chuột tiêu tốn hết bao nhiêu oxy trong hộp, các nhà khoa học có thể sử dụng bộ thông số này để tính toán ra mức năng lượng của những con chuột ngoài tự nhiên mà không cần đưa chúng vào hộp nữa.

Quá trình tương tự như vậy cũng có thể được áp dụng cho con người, điển hình là các vận động viên thể thao và cầu thủ bóng đá thường hay mặc bộ đồ đo nhịp tim có gắn cảm biến gia tốc.

Trong trường hợp bạn tò mò, một con ngựa thực chất có sức mạnh tương đương 15 mã lực. Còn 1 mã lực là sức mạnh của một người trưởng thành điển hình.

Đo DBA thông qua video AI

DAB hiện là công nghệ tốt nhất mà loài người có được để đo sức mạnh của một sinh vật sống, và nó khá hiệu quả, ngoại trừ một yêu cầu bắt buộc: Sinh vật cần đo sức mạnh phải gắn cảm biến gia tốc trên cơ thể.

Nói cách khác, bạn sẽ không thể chỉ đeo một chiếc kính như Scouter là đo ngay được sức mạnh của một người mới gặp lần đầu. Bạn phải đè họ ra, gắn cảm biến gia tốc lên chân tay họ rồi cho họ vào một chiếc hộp thì mới đo được khả năng sinh công của họ.

Ngoài ra, kỹ thuật DBA dựa trên cảm biến gia tốc còn gặp phải một rào cản về mặt vật lý.

"Để đảm bảo các phép đo chính xác mà không ảnh hưởng đến hành vi trong quá trình quan sát, các nhà nghiên cứu phải sử dụng thiết bị có trọng lượng nhẹ hơn ít nhất mười lần so với động vật.

Với máy đo gia tốc và bộ pin nặng 10-20 gram, điều này loại trừ việc nghiên cứu bất kỳ động vật nào dưới 100 gram - khoảng một nửa số loài động vật có xương sống trên thế giới", tiến sĩ Ishikawa nói.

"Trong số các loài động vật có xương sống, động vật có trọng lượng nhỏ hơn 100 gram chiếm 51,5% tổng số động vật có vú, 68,6% loài chim, 77,7% loài bò sát, 94,6% loài lưỡng cư và 52,7% loài cá".

Bây giờ, nhóm của tiến sĩ Ishikawa đang cố gắng vượt qua rào cản này bằng cách loại bỏ yêu cầu phải đeo máy gia tốc cho sinh vật nếu muốn đo năng lượng sinh công của chúng - điều giờ đã trở nên khả thi với sự hỗ trợ của trí tuệ nhân tạo (AI).

Ý tưởng của giải pháp rất đơn giản. Thay vì sử dụng máy đo gia tốc vật lý để đo chuyển động, tiến sĩ Ishikawa sẽ sử dụng các camera để "học" từng chuyển động và hành vi của sinh vật. Các khung hình ghi lại chuyển động từ nhiều góc quay khác nhau sẽ được sử dụng để tái tạo hành vi của sinh vật trong môi trưởng ảo 3D.

Các tập hợp hành vi này được sử dụng để tính toán ra gia tốc chuyển động của từng bộ phận trên cơ thể sinh vật. Một mạng nơ-ron học sâu sẽ dùng các dữ liệu để đồng bộ hoá chuyển động của sinh vật ghi lại từ video, với mức năng lượng mà sinh vật tiêu thụ.

Về mặt lý thuyết, chỉ cần cho mạng học sâu này học đủ dữ liệu, nó sẽ có khả năng khái quát định mức năng lượng của từng sinh vật xuất hiện trong video, trong từng hành động mà không cần gắn cảm biến gia tốc hoặc đưa chúng vào một chiếc hộp đo nồng độ oxy nữa.

Đây chính là cơ chế mà một chiếc kính Scouter có thể dựa trên để hoạt động. Chỉ cần nhìn vào một sinh vật hoạt động, thuật toán AI có thể ước lượng ra năng lượng mà sinh vật đó đang sử dụng, và cả khả năng sinh công tối đa, hay chỉ số sức mạnh của một sinh vật.

Một con cá đã được đo sức mạnh, tương lai có thể là con người

Để thử nghiệm ý tưởng này, nhóm nghiên cứu của tiến sĩ Ishikawa đã dùng nó để đo năng lượng của một con cá thia ( Chromis viridis ) đang bơi trong bể. Trong trường hợp bạn tự hỏi tại sao họ lại chọn cá là sinh vật thử nghiệm đầu tiên, thì những con cá chỉ sử dụng chuyển động từ vây và đuôi, rất đơn giản để kiểm tra ý tưởng.

Ngoài ra, lượng oxy mà chúng tiêu thụ có thể dễ dàng được tính toán nhờ việc đo oxy bão hoà trong nước bể.

Việc tính toán ra năng lượng cho một con cá sau đó có thể được khái quát cho cả đàn. "Năng lượng tiêu thụ trong quá trình bơi của đàn cá nhỏ từ lâu vẫn còn là điều bí ẩn", tiến sĩ Ishikawa giải thích.

"Ví dụ, liệu những con cá dẫn đầu có sử dụng nhiều năng lượng hơn không và liệu việc bơi theo đàn có phải là một hình thức di chuyển tiết kiệm năng lượng không? Và điều đó có thể cho chúng ta biết điều gì về sinh thái và sự tiến hóa của việc bơi theo đàn cá?".

Việc phát triển thành công kỹ thuật DBA dựa trên video và AI sẽ mở ra vô số hướng nghiên cứu mới dựa trên thực tế, nó có khả năng đo lường chính xác mức năng lượng sử dụng trong quá trình hoạt động của một nửa số loài động vật có xương sống trên thế giới, những loài quá nhỏ để đeo được cảm biến trên cơ thể chúng.

Nó cũng cho phép chúng ta tính toán năng lượng của những sinh vật khổng lồ như cá voi, hươu cao cổ hoặc voi Châu Phi. Việc gắn cảm biến DBA trên những sinh vật này không thành vấn đề, nhưng đưa chúng vào một chiếc hộp để đo nồng độ oxy tiêu thụ sẽ thực sự khó.

Bây giờ chỉ với một video và một thuật toán AI, DBA đã có thể tính ra năng lượng của chúng. Cơ chế này cũng hoàn toàn áp dụng được với con người.

Vì vậy, chúng ta có thể bắt đầu tưởng tượng đến viễn cảnh khi đang xem một chương trình võ thuật MMA, chỉ số sức mạnh của từng võ sĩ, và từng đòn đánh của họ có thể đồng thời được hiển thị trên màn hình TV.

Hoặc DBA có thể được nhúng vào một chiếc kính Scouter, cho phép bạn đánh giá sức mạnh của hai đô vật trên võ đài, của người đối diện hoặc của bất kỳ sinh vật sống nào.

Thật thú vị khi chúng ta đã sống đủ lâu để thấy một món đồ công nghệ viễn tưởng, trong một bộ truyện tranh cũ của Nhật Bản, lại đang được chính các nhà khoa học Nhật Bản biến thành sự thật.