Tiến sĩ David Zarrouk, Giám đốc Phòng thí nghiệm Người máy Y tế và Cảm hứng Sinh học - Loạt bài Phỏng vấn

David là một Giảng viên cao cấp (trợ lý giáo sư) tại khoa ME của Đại học Ben Gurion của Negev, và là giám đốc của Phòng thí nghiệm Robot y tế và lấy cảm hứng từ sinh học. Sở thích của anh ấy là sở thích trong các lĩnh vực mô phỏng sinh học, millisystems, rô-bốt thu nhỏ, tương tác linh hoạt và trơn trượt, rô-bốt không gian, cơ chế được kích hoạt kém và được kích hoạt tối thiểu và động học lý thuyết.

Điều gì ban đầu đã thu hút bạn đến với lĩnh vực robot?

Từ nhỏ tôi đã luôn say mê máy móc. Tôi luôn cố gắng chế tạo chúng và cuối cùng sau khi tốt nghiệp bằng Cử nhân Kỹ thuật Cơ khí, tôi rất vui khi có thể tập trung phát triển rô bốt tại Đại học Ben-Gurion của Negev có thể bò bên trong cơ thể.

Bạn có bằng tiến sĩ. trong robot y tế. Một số loại ứng dụng robot y tế khiến bạn hào hứng nhất là gì?

Bất kỳ ứng dụng nào liên quan đến độ chính xác có thể được lập trình đều có thể là ứng cử viên cho giải pháp rô-bốt. Hai rô-bốt mà tôi từng nghiên cứu trước đây liên quan đến những rô-bốt bò bên trong cơ thể và thực hiện các ca phẫu thuật não bằng kim tiêm.

Một rô-bốt do bạn tạo ra có tên là The Flying Star, là rô-bốt lai giữa Bò và Bay. Nguồn cảm hứng đằng sau robot này là gì?

Cơ chế vươn dài của rô bốt STAR được lấy cảm hứng từ côn trùng nhưng bao gồm các bánh xe kết hợp các ưu điểm của sinh vật lấy cảm hứng từ sinh học và phương tiện có bánh xe.

Một số thách thức đằng sau việc xây dựng The Flying Star là gì?

Flying STAR không phải là một quadcopter thông thường vì nó thay đổi hướng của cánh, điều này ảnh hưởng đến động lực điều khiển chung của nó. Các biến số thiết kế khác nhau là một thách thức ngay từ đầu và quá trình chuyển đổi giữa chế độ bay sang chế độ lái đòi hỏi các bộ phận độc đáo mà chúng tôi phải tự phát triển.

Tôi rất ấn tượng với sự linh hoạt của The Flying Star, nó có thể tránh chướng ngại vật theo đúng nghĩa đen, bò bên dưới chúng, bay qua chúng, v.v. Bạn có thể thảo luận về cách The Flying Star đưa ra quyết định sử dụng phương thức vận chuyển nào không? Làm cách nào để nó chọn bò bên dưới một vật thể hay bay lên trên?

STAR bay ban đầu được thiết kế cho mục đích tìm kiếm cứu nạn và vận chuyển gói hàng chặng cuối. Chúng tôi đang phát triển các thuật toán để xác định thời điểm nên bay hoặc lái xe dựa trên khoảng cách và nhu cầu năng lượng cũng như hình dạng của chướng ngại vật. Thuật toán quyết định, vẫn đang được phát triển, sẽ dựa trên bản đồ máy ảnh xung quanh. Nếu lỗ hổng đủ cao để chui xuống bên dưới, FSTAR sẽ dễ dàng lái qua lỗ hổng đó. Nếu không, nó sẽ bay. Vẫn có thể cần một người vận hành trong những không gian chật hẹp đầy thách thức (chẳng hạn như đống đổ nát).

Ấn tượng đầu tiên của tôi khi xem video về Robot theo dõi liên tục có thể cấu hình lại được kích hoạt ở mức tối thiểu là với một camera ở vị trí điều khiển, nó sẽ rất phù hợp để tìm kiếm và cứu hộ. Một số trường hợp sử dụng mà bạn hình dung cho một robot như vậy là gì?

Rô bốt theo dõi liên tục có thể cấu hình lại được phát triển chủ yếu cho mục đích tìm kiếm và cứu hộ ở những địa hình khó khăn như đống đổ nát. Nhưng nó cũng có thể được sử dụng cho các ứng dụng khác như đào đất, nông nghiệp và bò bên trong đường ống để bảo trì công nghiệp.

Một trong những dự án trước đây của bạn là SAW, Robot theo dõi liên tục có thể cấu hình lại được kích hoạt ở mức tối thiểu. Nguồn cảm hứng đằng sau robot này là gì?

Rô-bốt SAW (sóng dẫn động đơn) ban đầu được lấy cảm hứng từ sinh vật thu nhỏ bơi bằng cách nhấp nhô đuôi của chúng. Việc tạo ra robot này rất khó khăn. Mặc dù các phương trình cho thấy rằng cần có một động cơ duy nhất để phát triển chuyển động sóng, nhưng việc nhận ra chuyển động này một cách máy móc không đơn giản. Tôi đã tìm ra giải pháp khi đang giảng dạy khóa học Thiết kế cơ khí và nhận ra rằng hình chiếu bên của lò xo là một hàm sin tăng khi lò xo quay

Cuối cùng bạn có thể làm SAW nhỏ như thế nào? Liệu trong tương lai có thể có một robot có kích thước tương tự có thể được sử dụng để di chuyển bên trong cơ thể con người hay không?

Mục đích chính của robot SAW là chui vào bên trong cơ thể. Thiết kế mới nhất của chúng tôi rộng chưa đến 1.5 cm và có khả năng chui vào bên trong ruột lợn (ex-vivo). Hiện tại, chúng tôi đang tìm kiếm nguồn tài trợ để phát triển các robot nhỏ hơn để bò bên trong hệ thống tiêu hóa. Chúng tôi tin rằng điều này là rất có thể.

Một trong những quan sát mà tôi đã thực hiện từ rô bốt của bạn là nhiều rô bốt trong số chúng dựa trên sự đơn giản. Bạn có chủ ý cố gắng tối giản số lượng các bộ phận hoạt động trong bất kỳ robot nào không?

Chúng tôi làm theo logic của sự đơn giản. Một câu nói được cho là của Albert Einstein nói rằng "Mọi thứ nên đơn giản nhất có thể nhưng không thể đơn giản hơn". Số lượng linh kiện ít hơn đồng nghĩa với độ tin cậy cao hơn, tuổi thọ dài hơn, mật độ năng lượng cao hơn và giúp giảm kích thước rô-bốt dễ dàng hơn nhiều.

Bạn hiện đang làm gì?

Trong phòng thí nghiệm Đại học Ben-Gurion của tôi, chúng tôi hiện đang thực hiện nhiều dự án bao gồm mô hình rô bốt có thể bò bên trong cơ thể, rô bốt nối tiếp cho các ứng dụng nông nghiệp và một số rô bốt tìm kiếm và cứu hộ nhỏ.

Bất cứ điều gì khác mà bạn muốn chia sẻ với độc giả của chúng tôi?

Tôi đặc biệt khuyến khích các bậc cha mẹ và con cái tham gia vào lĩnh vực cơ điện tử/người máy. Với công nghệ ngày nay, có thể mua các thành phần thân thiện với người dùng (máy in 3D, bộ điều khiển arduino, động cơ, cảm biến, v.v.) với chi phí thấp và lập trình chúng bằng các tài nguyên có sẵn tại nhà. Nó có thể là một hoạt động vui vẻ cho cả gia đình (đặc biệt là trong khoảng thời gian mà chúng ta chủ yếu ở nhà). Tôi cũng khuyến khích trẻ tham gia vào khoa học và sử dụng máy tính cho mục đích giáo dục (không chỉ chơi game).

Cảm ơn bạn cho cuộc phỏng vấn. Tôi thực sự thích tìm hiểu về cách tiếp cận độc đáo của bạn để thiết kế người máy thực sự đổi mới. Độc giả muốn tìm hiểu thêm xin vào trang Phòng thí nghiệm Robot y tế và lấy cảm hứng từ sinh học.