Robot chim cánh cụt nhân tạo: Bay trên trời, lặn dưới nước như chim thật

Nước có mật độ đặc gấp khoảng 1.000 lần không khí, nên việc di chuyển trong hai môi trường này thường đòi hỏi những cơ chế hoàn toàn khác nhau. Thế nhưng các loài chim như hải âu hay chim hải âu mỏ sọc vẫn có thể lao mình xuống biển, bơi dưới nước rồi vọt lên không trung bay đi. Lấy cảm hứng từ khả năng đó, nhóm kỹ sư tại MIT và EPFL ở Lausanne (Thụy Sĩ) đã thiết kế một robot có thể làm được điều tương tự.

Thiết kế nhỏ gọn nhưng đa năng

Chiếc robot mang tên FAAV (flapping-wing aerial-aquatic vehicle - phương tiện bay vỗ cánh lưỡng môi trường) nặng chưa đến 300 gram. Nó gồm một thân trung tâm, hai cánh mềm dẻo và một chiếc đuôi có thể điều khiển được.

Bên trong thân là pin và một động cơ điện chống nước dẫn động trục khuỷu, giúp đập cánh lên xuống theo tần số cài đặt sẵn. Cánh được làm từ màng mỏng phủ hạt nano kỵ nước, giúp nước trôi đi nhanh chóng. Phần đuôi có động cơ riêng, cho phép thay đổi góc nghiêng để hỗ trợ robot bay lên hoặc lặn xuống.

Bí quyết chuyển đổi giữa hai môi trường

Trong các thử nghiệm tại bể nước và hồ Geneva, nhóm do Raphael Zufferey - phó giáo sư kỹ thuật cơ khí tại MIT - dẫn đầu đã xác định được sự kết hợp giữa kích thước cánh, tần số vỗ và góc đuôi giúp robot chuyển mượt từ bơi sang bay.

Kết quả tốt nhất đến từ loại cánh cỡ trung, đủ mềm dẻo để giảm biên độ vỗ khi ở dưới nước, đồng thời đủ cứng để giữ robot bay trên không. Tốc độ và tần số vỗ cánh tương tự chim thật, còn góc nghiêng 70 độ - khá dốc - giúp robot bật khỏi mặt nước lên không trung.

Điều thú vị là dù nhiều loài chim lặn dùng chân để đạp nước khi cất cánh, nhóm nghiên cứu nhận thấy robot không cần chân để làm được việc này.

Ứng dụng cho khảo sát đại dương

Theo Zufferey, tầm nhìn của nhóm là để các nhà hải dương học, sinh học biển và cư dân vùng ven biển có thể phóng robot từ thuyền hoặc từ bờ. Robot sẽ bay đến gần khu vực quan tâm - như tảng băng trôi, cảng biển hay đàn cá voi - lặn xuống lấy mẫu hoặc đo đạc, rồi bay về truyền dữ liệu với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ so với phương pháp truyền thống.

Nhóm nghiên cứu hiện đang thiết kế loại cánh có thể vừa vỗ vừa xoay, đồng thời thử nghiệm robot trong điều kiện khắc nghiệt như nước động và gió mạnh. Sau đó, họ hy vọng đưa thiết bị vào phục vụ khoa học đại dương.

"Một trong những thách thức lớn của khoa học đại dương là thu thập dữ liệu vừa thường xuyên vừa trên nhiều địa điểm - điều mà robot này có thể làm trong tương lai", Zufferey chia sẻ.

Với người dùng Việt Nam, hướng nghiên cứu này đặc biệt đáng chú ý bởi Việt Nam sở hữu đường bờ biển dài hơn 3.200 km cùng nhiều vùng biển, đảo cần giám sát môi trường. Một loại drone lưỡng môi trường giá rẻ có thể giúp các nhóm nghiên cứu trong nước theo dõi chất lượng nước, sinh vật biển hay sự cố tràn dầu mà không cần đầu tư tàu khảo sát đắt đỏ.