Bạn đã bao giờ xem một con tắc kè chạy nhanh trên bức tường kính và tự hỏi: "Làm sao chúng ta có thể bắt chước được điều đó?" Thiên nhiên đã dành hàng triệu năm để hoàn thiện chuyển động, cảm nhận và giải quyết vấn đề.

Ngày nay, các kỹ sư và chuyên gia chế tạo robot đang lấy cảm hứng từ động vật để tạo ra những cỗ máy có thể di chuyển, thích nghi và tương tác theo những cách mà trước đây chỉ có trong khoa học viễn tưởng.

Học từ chuyển động

1. Robot đi bộ và chạy

Các kỹ sư nghiên cứu cách động vật đi bộ, chạy và nhảy để thiết kế robot có thể vượt qua địa hình hiểm trở. Ví dụ, robot Spot của Boston Dynamics được lấy cảm hứng từ chó và các loài động vật có vú lớn. Bằng cách mô phỏng sự linh hoạt của khớp và các chiến lược giữ thăng bằng, những robot này di chuyển trên các bề mặt không bằng phẳng hiệu quả hơn so với các loại máy móc có bánh xe thông thường.

2. Máy bay

Chim và côn trùng đã truyền cảm hứng cho máy bay không người lái nhẹ hơn, ổn định hơn và có khả năng điều khiển linh hoạt. Máy bay không người lái cánh đập, được mô phỏng theo chim ruồi hoặc dơi, có thể lơ lửng, lao vút và thậm chí bay lùi - những khả năng mà máy bay không người lái cánh cố định khó có thể đạt được. Những thiết kế này đặc biệt hữu ích cho việc giám sát rừng, kiểm tra cơ sở hạ tầng hoặc tiếp cận những khu vực mà con người không thể tiếp cận.

Cảm biến nâng cao

Động vật không chỉ nhanh nhẹn mà còn cảm nhận môi trường theo những cách đáng kinh ngạc. Dơi sử dụng định vị bằng tiếng vang để định hướng trong hang tối, trong khi cú mèo có thể nghe thấy tiếng xào xạc nhỏ nhất của con mồi dưới tuyết. Các kỹ sư robot đã mượn những ý tưởng này để tạo ra các cảm biến cho xe tự hành, máy bay không người lái và robot dưới nước.

1. Cảm biến lấy cảm hứng từ định vị bằng tiếng vang

Cảm biến sonar và siêu âm cho phép robot phát hiện chướng ngại vật và định hướng trong môi trường phức tạp. Bằng cách mô phỏng cách dơi phân tích sóng âm, các kỹ sư đã xây dựng các hệ thống tránh va chạm ngay cả trong điều kiện tầm nhìn hạn chế.

2. Cải tiến về xúc giác và độ bám

Bạch tuộc và tắc kè là nguồn cảm hứng cho robot mềm. Các ngón chân dính của tắc kè đã dẫn đến sự ra đời của vật liệu kết dính giúp robot leo lên các bề mặt nhẵn. Trong khi đó, cánh tay robot mềm, được mô phỏng theo xúc tu của bạch tuộc, có thể cầm nắm các vật thể dễ vỡ như trái cây hoặc dụng cụ y tế mà không gây hư hại.

Giải quyết vấn đề và AI

Động vật là những sinh vật tự nhiên có khả năng giải quyết vấn đề. Ví dụ, quạ có thể sử dụng công cụ để tiếp cận thức ăn, trong khi kiến ​​phối hợp theo bầy đàn để xây dựng những cấu trúc phức tạp. Những hành vi này truyền cảm hứng cho các thuật toán cho trí tuệ nhân tạo và robot.

1. Robot bầy đàn

Bằng cách nghiên cứu đàn kiến ​​hoặc đàn cá, các kỹ sư phát triển các thuật toán cho phép các nhóm robot làm việc cùng nhau. Robot bầy đàn có thể khám phá những khu vực rộng lớn, thực hiện các nhiệm vụ tìm kiếm cứu nạn hoặc theo dõi những thay đổi của môi trường một cách hợp tác.

2. Học tập thích ứng

Việc quan sát cách động vật thích nghi với những thách thức mới cung cấp thông tin cho các mô hình học máy. Robot có thể điều chỉnh hành vi của chúng dựa trên kinh nghiệm, giống như một chú chó học một trò mới. Khả năng thích ứng này giúp tăng hiệu quả và giảm thiểu lỗi trong những môi trường khó lường.

Công nghệ y tế và hỗ trợ

Robot lấy cảm hứng từ thiên nhiên không chỉ giới hạn trong lĩnh vực khám phá hay công nghiệp. Động vật ảnh hưởng đến các thiết bị y tế, chân tay giả và công nghệ hỗ trợ.

1. Bộ xương ngoài

Nghiên cứu cách kangaroo và báo gêpa lưu trữ và giải phóng năng lượng trong gân giúp các kỹ sư thiết kế bộ xương ngoài giúp cải thiện khả năng vận động và sức bền của con người.

2. Chân tay robot

Cánh tay robot mô phỏng vòi voi hoặc xúc tu bạch tuộc cho phép bệnh nhân cầm nắm các vật thể mỏng manh một cách chính xác. Những thiết kế này nâng cao chất lượng cuộc sống hàng ngày cho người khuyết tật, giúp công nghệ vừa hữu ích vừa trực quan.

Thách thức và cân nhắc đạo đức

Mặc dù robot lấy cảm hứng từ động vật mang đến những khả năng thú vị, nhưng nó cũng đi kèm với những thách thức. Việc sao chép hoàn hảo các hệ thống sinh học rất khó khăn, và thường phải đánh đổi giữa độ phức tạp, độ bền và chi phí. Ví dụ, robot mềm có thể rất linh hoạt nhưng lại kém bền bỉ hơn trước sự hao mòn.

Về mặt đạo đức, các nhà thiết kế phải cân nhắc tác động của việc triển khai robot trong môi trường sống tự nhiên hoặc không gian sống của con người. Việc đảm bảo máy móc cải thiện chứ không phải phá vỡ hệ sinh thái hay cuộc sống hàng ngày là rất quan trọng đối với sự đổi mới có trách nhiệm.

Tương lai của công nghệ lấy cảm hứng từ sinh học

Tương lai hứa hẹn sự kết hợp sâu sắc hơn nữa giữa sinh học và công nghệ. Robot siêu nhỏ có thể bắt chước côn trùng để thụ phấn cho cây trồng hoặc vận chuyển thuốc. Máy bay không người lái dạng bầy đàn có thể phối hợp như đàn chim để theo dõi những thay đổi của môi trường theo thời gian thực. Bằng cách kết hợp quan sát, trí tưởng tượng và kỹ thuật, các nhà nghiên cứu tiếp tục khám phá những cách động vật có thể truyền cảm hứng cho những cỗ máy thông minh và có khả năng hơn.

Lần tới khi bạn nhìn thấy một con chim ruồi bay lượn hay một con thằn lằn leo tường, hãy nghĩ đến những khả năng có thể xảy ra. Thiên nhiên đã tinh chỉnh các nguyên lý kỹ thuật trong hàng triệu năm, và các nhà nghiên cứu robot ngày nay đang học hỏi từ người thầy giỏi nhất. Ranh giới giữa sinh học và công nghệ đang mờ dần, và các sinh vật xung quanh chúng ta có thể nắm giữ chìa khóa cho bước tiến tiếp theo của ngành robot.