Tháng 10, 2020
Thứ ba
Thứ Ba, ngày 01/09/2015 00:01 AM (GMT+7)

Robot nhện nước có thể nhảy tưng tưng

Bằng cách phân tích các cơ chế tự nhiên của nhện nước, các nhà khoa học đã tạo ra một loại robot nhỏ xíu có khả năng nhảy tưng tưng trên mặt nước.

Khái niệm về việc đi trên mặt nước nghe có vẻ siêu nhiên, nhưng trên thực tế đó là một hiện tượng hoàn toàn tự nhiên. Rất nhiều loài sinh vật nhỏ sử dụng sức căng của mặt nước như là đòn bẩy để di chuyển. Một trong những thao tác phức tạp nhất, nhảy trên mặt nước, được thực hiện bởi một loài côn trùng bán thủy gọi là nhện nước. Chúng không chỉ lướt dọc trên bề mặt của nước mà còn tạo ra đủ lực đẩy với đôi chân của mình để bật nhảy lên không trung. Cơ chế vận động tự nhiên cũng cho phép nhện nước có thể nhảy từ mặt đất cứng hoặc có nước chảy với cùng một năng lượng và chiều cao.

Robot nhện nước có thể nhảy tưng tưng - 1

Robot côn trùng có thể nhảy trên mặt nước. Ảnh: Trường Đại học Seoul

Mô phỏng theo hình thức vận động trên mặt nước này, một nhóm nhà khoa học từ Đại học Quốc gia Seoul, Hàn Quốc (SNU), Học viện ứng dụng sinh học sáng tạo Wyss của Harvard và Trường Kỹ thuật và Khoa học ứng dụng John A. Paulson, Harvard được dẫn đầu bởi Ho-Young Kim và Kyu Jun Cho đến từ Đại học Quốc gia Seoul đã công bố một loài robot côn trùng mới có thể nhảy trên mặt nước (hay còn gọi là robot nhện nước).

Bề mặt của nước cần được ép xuống ở một tốc độ thích hợp trong một khoảng thời gian vừa đủ, khi đạt được độ sâu nhất định thì mới có thể bật nhảy”, đồng tác giả Kyu Jun Cho, Phó giáo sư tại Khoa Cơ học và Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ và Giám đốc Phòng thí nghiệm Biorobotics, ĐH Quốc gia Seoul cho biết. “Nhện nước có khả năng làm việc này một cách hoàn hảo”.

Giáo sư Ho-Young Kim, đồng tác giả của nghiên cứu này đã cùng với Eunjin Yang, cũng đến từ Đại học Seoul, thu thập các loài nhện nước và sử dụng máy quay phim tốc độ cao để phân tích các cơ chế cho phép chúng lướt và nhảy trên bề mặt nước. Họ phát hiện ra rằng, những loài nhện nước này có những chiếc chân hơi cong, sử dụng một chuyển động thu chân vào trong để nhảy lên khỏi bề mặt nước.

Nhóm đã sử dụng nguyên mẫu robot để kiểm tra và định hình giả thuyết của mình, đồng thời thử nghiệm nhiều lần và gặp vô vàn lỗi trong quá trình tìm hiểu đầy đủ các cơ chế nhảy của nhện nước.

Nếu bạn sử dụng nhiều lực và đạt đến tốc độ nhanh quá mức cho phép, các chi sẽ phá vỡ bề mặt nước và mọi thứ sẽ ‘xôi hỏng bỏng không’”, Tiến sĩ Robert Wood, đồng tác giả nghiên cứu đến từ Harvard Paulson nói.

Tuy nhiên, bằng cách nghiên cứu, so sánh loài nhện nước với các robot nguyên mẫu, nhóm phát hiện ra rằng, cách tốt nhất để nhảy lên khỏi mặt nước là trong quá trình chuyển động nhảy, duy trì sự tiếp xúc của bàn chân với mặt nước càng lâu càng tốt. Và bí mật giúp nhện có thể nhảy trên mặt nước nằm ở việc, chúng có thể giữ lực đẩy tối đa của chân xuống nước để tạo đà nhảy nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn sức căng của bề mặt nước.

Bắt chước các cơ chế này, các nhà khoa học đã tạo ra những robot côn trùng có thể hoạt động mạnh hơn 16 lần so với trọng lượng cơ thể của chúng mà không phá vỡ bề mặt nước, và cũng không cần phải có những điều khiển phức tạp.

Nhiều sinh vật tự nhiên như nhện nước có thể thực hiện những phong cách vận động hết sức tinh vi như bay, trôi nổi, bơi hoặc nhảy trên mặt nước một cách dễ dàng mặc dù thiếu các kỹ năng nhận thức phức tạp.

“Điều này là do hình thái tự nhiên của chúng”, PGS Cho nói. “Chúng ta có thể học hỏi những hình thái đó để xây dựng robot có khả năng tương tự mà không cần những những điều khiển phức tạp hoặc trí thông minh nhân tạo”.

Với kích thước chỉ khoảng 2 cm, dài khoảng 10cm với trọng lượng 68mg, phần thân của robot nhện nước mang cấu trúc chữ V, với lò xo được gắn bên trong. Khi kích hoạt robot, lò xo dãn ra, từ từ kéo cơ thể của “nhện nước” xuống, những cái chân dài 5 cm của nó sẽ đè lên bề mặt nước đến hết giới hạn mà nước chịu được.

Để các robot nhện nước của mình có thể nhảy được, các nhà khoa học đã sử dụng cơ chế lực đẩy mô-men xoắn đảo chiều catapult, lấy ý tưởng từ khả năng tự nhiên loài bọ nhảy, cho phép chúng thực hiện những hoạt động tinh vi mà không cần điều khiển thông minh.

Robot nhện nước sử dụng cơ chế catapult để lấy đà nhẹ nhàng với lực đẩy hạn chế đẩy các robot lên cao mà không phá vỡ bề mặt nước. Để robot có thể thực hiện catapult, các nhà khoa học sử dụng một cơ chế kích hoạt tự động được tạo ra từ vật liệu hỗn hợp và thiết bị truyền động. Phần cơ thể của chúng được sản xuất bằng công nghệ pop-up, cho phép tạo ra kết cấu hỗn hợp có thể gấp và tự lắp ráp, giống như những trang pop-up trong sách 3D.

Dự án nghiên cứu, hợp tác quốc tế của các nhà sinh học và robot đã không chỉ học từ thiên nhiên để nghiên cứu sản xuất một robot côn trùng bán thủy có thể thực hiện một hình thức vận động tinh vi, mà còn cung cấp cho chúng ta những hiểu biết mới về cơ chế vận động tự nhiên của nhện nước", Tiến sĩ, Bác sĩ y khoa, Giám đốc sáng lập viện Wyss, Donald Ingber nói.

Các nhà khoa học tin rằng, robot nhện nước sẽ rất hữu dụng khi theo dõi, giám sát những khu vực thiên tai, ô nhiễm mà con người khó tiếp cận. Hiện nhóm nghiên cứu vẫn chưa có kế hoạch thương mại hóa robot nhện nước nói trên.

Nguyệt Phong (Sciencedaily)

Tin đọc nhiều

Niên biểu thời lập quốc Việt Nam có phải từ 4000 năm trước? Quan niệm truyền thống cho rằng lúc xuất hiện nhà nước đầu...
Nhà vòm kính ngăn động đất và lốc xoáy Với những mái vòm bằng kính vừa được tạo ra, bạn có thể sống...
5 nhiệm vụ trọng tâm của ngành Khoa học và Công nghệ Tại Lễ kỷ niệm 60 năm thành lập Bộ KH&CN, Bộ trưởng Bộ KH&CN...
Khắc phục lỗi không thể download các tập tin trên mạng Nếu bạn gặp hiện tượng khi nhấn vào liên kết để tải về một...