Robot sao Hỏa học cách 'bơi' trong cát như thằn lằn sa mạc

một giờ trướcBài gốc

Bài học từ loài thằn lằn “bơi” dưới cát

Cát là một vật liệu đặc biệt vì vừa có tính chất giống chất rắn, vừa có tính chất giống chất lỏng. Khi chịu lực, cát có thể nâng đỡ, nhưng cũng có thể chảy, trượt hoặc lún xuống. Điều này khiến việc thiết kế phương tiện di chuyển trên cát trở nên phức tạp hơn nhiều so với đường cứng.

Robot trên sao Hỏa với những bánh xe cải tiến có khả năng "bơi" trong cát, được mô phỏng theo hình dáng của một con thằn lằn sa mạc. Ảnh: Marco Schmidt / Đại học Wurzburg

Trên sao Hỏa, vấn đề càng khó hơn. Robot thám hiểm phải đi qua các bề mặt không bằng phẳng, sườn dốc, đất đá vụn và những vùng cát mềm. Nếu bánh xe trượt quá nhiều, robot mất năng lượng, giảm khả năng điều khiển hoặc thậm chí không thể thoát khỏi vị trí bị kẹt. Popular Science nhận định các thiết kế bánh xe tròn hoặc bánh xích quen thuộc chưa hẳn là lựa chọn tối ưu cho môi trường khắc nghiệt và nhiều cát như vậy.

Trong tự nhiên, thằn lằn sa mạc, còn được gọi là “cá cát”, có cách thích nghi rất đặc biệt. Dù tên gọi dễ gây hiểu nhầm, đây không phải là cá mà là một loài thằn lằn thuộc họ skink. Trên mặt đất, nó di chuyển bằng những chiếc chân nhỏ như các loài thằn lằn khác. Nhưng khi chui xuống cát, cơ thể nó uốn lượn theo từng nhịp, tạo lực đẩy và giảm lực cản, giống như đang “bơi” dưới lớp cát sa mạc.

Các nghiên cứu bằng hình ảnh X-quang từng cho thấy cá cát có thể tiến về phía trước dưới lớp cát bằng chuyển động uốn lượn. Cảnh tượng này trông rất giống cá bơi trong nước, chỉ khác môi trường xung quanh là cát khô của sa mạc.

Từ hơn một thập kỷ trước, các kỹ sư tại Georgia Tech cũng từng chế tạo robot mô phỏng cá cát và nhận thấy phần đầu có hình dạng đặc biệt của loài vật này có thể giúp tạo lực nâng, khiến việc “bơi” trong cát dễ hơn.

Nhóm nghiên cứu tại Würzburg và Bremen đã tiếp tục đưa cảm hứng sinh học đó vào một ứng dụng gần hơn với thám hiểm không gian. Theo Đại học Würzburg, dự án này nằm trong sáng kiến VaMEx của Cơ quan Hàng không vũ trụ Đức, nhằm phát triển các công nghệ then chốt cho những nhóm robot có thể lái, đi bộ hoặc bay để khám phá Valles Marineris, hệ thống thung lũng khổng lồ trên sao Hỏa.

Vượt cát tốt hơn, nhưng vẫn cần hoàn thiện

Trong thử nghiệm, robot lấy cảm hứng từ cá cát đã cho thấy khả năng di chuyển ổn định trên nền cát. Nhóm nghiên cứu cho biết mẫu robot này hoạt động tốt hơn phiên bản dùng bánh xe thông thường khi đi qua đường thử bằng cát. Khi bánh tròn dễ lắc lư và lệch hướng, cơ chế bánh xe dao động lại giúp robot giữ độ ổn định tương đối.

Tuy nhiên, thiết kế mới không thành công ngay từ đầu. Các phiên bản ban đầu của bánh xe cá cát quá nặng và hẹp so với bánh khí nén thông thường. Điều này làm tăng áp lực lên mặt đất, khiến robot bị lún xuống cát. Khi hiện tượng trượt và lún xảy ra cùng lúc, khả năng điều khiển của robot bị ảnh hưởng rõ rệt.

Sau đó, nhóm kỹ sư phải điều chỉnh lại thiết kế. Họ tăng chiều rộng bánh xe và giảm khối lượng tổng thể, qua đó hạ áp lực lên bề mặt cát và giảm độ trượt. Nhờ vậy, độ ổn định và khả năng điều khiển của robot được cải thiện. Các nhà nghiên cứu cho rằng những tinh chỉnh tiếp theo ở bề mặt bánh xe có thể giúp mẫu robot hoạt động tốt hơn trên địa hình hỗn hợp, không chỉ riêng cát mềm.

Dù vậy, Popular Science lưu ý thiết kế bánh xe kỳ lạ này khó có thể sớm trở thành hệ thống di chuyển chính trên các robot sao Hỏa của NASA. Công nghệ vẫn cần thêm thời gian để cải thiện khả năng kiểm soát, xử lý hiện tượng trượt trong môi trường thực tế và tính đến khối lượng của các thiết bị khoa học mà robot phải mang theo.

Ngoài phần cứng, nhóm ESSEO tại Đại học Würzburg cũng muốn phát triển các chiến lược điều khiển bằng phần mềm. Mục tiêu là giúp robot tự tính đến tình trạng trượt, lún và sự tương tác giữa bánh xe với địa hình, từ đó di chuyển ổn định và thích nghi tốt hơn trong môi trường dạng hạt như cát.

Mẫu robot “bơi” trong cát vì thế chưa phải lời giải cuối cùng cho bài toán di chuyển trên sao Hỏa. Nhưng nó cho thấy một hướng tiếp cận đáng chú ý: thay vì chỉ dựa vào cơ khí truyền thống, các kỹ sư có thể học từ hàng triệu năm tiến hóa của sinh vật. Với hành tinh đỏ, nơi mỗi mét đường đều có thể là một thử thách, bài học từ một loài thằn lằn nhỏ bé ở sa mạc Sahara có thể mở ra cách nghĩ mới cho thế hệ robot thám hiểm tương lai.

Nguyễn Tuyết

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/robot-sao-hoa-hoc-cach-boi-trong-cat-nhu-than-lan-sa-mac-252483.html