Người máy dạng dải băng xoắn điều hướng mê cung phức tạp mà không cần con người hoặc phần mềm

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Bang North Carolina và Đại học Pennsylvania đã phát triển người máy mềm có thể điều hướng môi trường phức tạp mà không cần can thiệp của con người hoặc phần mềm máy tính.

Bài báo có tiêu đề “Twisting for Soft Intelligent Autonomous Robot in Unstructured Environments,” đã được xuất bản trên Tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences.

Thể hiện trí tuệ vật lý

Jie Yin là tác giả tương ứng của bài báo nghiên cứu và là phó giáo sư kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ tại NC State.

“Những người máy mềm này thể hiện một khái niệm gọi là ‘trí tuệ vật lý,’ có nghĩa là thiết kế cấu trúc và vật liệu thông minh là những gì cho phép người máy mềm điều hướng các tình huống khác nhau, thay vì trí tuệ tính toán,” Yin nói.

Người máy mềm được chế tạo với chất đàn hồi tinh thể lỏng ở hình dạng dải băng xoắn. Khi dải băng được đặt trên bề mặt có nhiệt độ ít nhất 55 độ Celsius, phần dải băng chạm vào bề mặt sẽ co lại. Đồng thời, phần dải băng tiếp xúc với không khí sẽ giữ nguyên. Điều này dẫn đến một chuyển động lăn, và khi bề mặt càng nóng, người máy sẽ lăn nhanh hơn.

“Điều này đã được thực hiện trước đó với các thanh trơn, nhưng hình dạng đó có một hạn chế – khi nó gặp một vật thể, nó chỉ quay tại chỗ,” Yin nói. “Người máy mềm mà chúng tôi đã tạo ra ở hình dạng dải băng xoắn có thể vượt qua những chướng ngại vật này mà không cần sự can thiệp của con người hoặc máy tính nào.”

Đạt được Điều hướng Không cần Phần mềm

Người máy có thể thực hiện điều này theo hai cách. Khi một đầu của dải băng gặp một vật thể, nó sẽ quay nhẹ để điều hướng quanh chướng ngại vật. Khi phần trung tâm của người máy gặp một vật thể, nó sẽ bật mạnh do năng lượng biến dạng tích trữ được giải phóng nhanh chóng khiến dải băng nhảy nhẹ và tái định hướng trước khi hạ cánh. Dải băng có thể bật mạnh nhiều lần trước khi tìm được hướng đúng để vượt qua chướng ngại vật.

“Trong ý nghĩa này, nó rất giống như những máy hút bụi robot mà nhiều người sử dụng trong nhà của họ,” Yin nói. “Tuy nhiên, người máy mềm mà chúng tôi đã tạo ra thu năng lượng từ môi trường và hoạt động mà không cần lập trình máy tính nào.”

Yao Zhao là tác giả đầu tiên của bài báo và là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại NC State.

“Hai chuyển động quay và bật mạnh giúp người máy vượt qua chướng ngại vật có cường độ thay đổi dần theo vị trí tiếp xúc,” Zhao nói. “Cú bật mạnh nhất xảy ra nếu một vật thể chạm vào trung tâm của dải băng. Nhưng dải băng vẫn sẽ bật nếu một vật thể chạm vào dải băng cách xa trung tâm, chỉ là ít mạnh mẽ hơn. Và càng xa trung tâm, cú bật càng yếu, cho đến khi bạn đạt đến một phần năm cuối cùng của chiều dài dải băng, không tạo ra cú bật nào.”

Đội ngũ các nhà nghiên cứu đã thực hiện nhiều thí nghiệm cho thấy người máy dạng dải băng có thể điều hướng nhiều môi trường giống như mê cung. Họ cũng chứng minh rằng người máy mềm sẽ hoạt động hiệu quả trong môi trường sa mạc vì chúng có thể leo và xuống dốc cát rời.

“Điều này thú vị và vui mắt, nhưng quan trọng hơn, nó cung cấp những hiểu biết mới về cách chúng ta có thể thiết kế người máy mềm có thể thu hoạch năng lượng nhiệt từ môi trường tự nhiên và tự chủ di chuyển qua những môi trường phức tạp, không có cấu trúc như đường sá và sa mạc khắc nghiệt.” Yin nói.

Bài báo cũng được đồng tác giả bởi các sinh viên tiến sĩ của NC State Yinding Chi, Yaoye Hong và Yanbin Li; cũng như Shu Yang, người là giáo sư Joseph Bordogna về Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại Đại học Pennsylvania.