Chiếc máy bay không người lái biết sờ cành trước khi đậu

Bạn thử nhắm mắt lại, rồi đưa tay tìm cái cốc trên bàn xem sao. Ngón tay chạm phải mép bàn, trượt một đoạn, gặp thứ gì đó tròn và mát. Chỉ vài lần chạm là bạn biết chắc: cốc đây rồi. Mắt không nhìn thấy gì, nhưng tay thì biết.

Chim làm đúng chuyện đó mỗi lần đậu xuống cành. Chân chim dò cành trước, bấu thử, rồi mới thả trọng lượng xuống. Và bây giờ, một chiếc máy bay không người lái (drone) cũng vừa học được cách ấy.

Nó là cái gì

Nhóm nghiên cứu ở Đại học Công nghệ Delft (Delft University of Technology, thường gọi tắt là TU Delft) tại Hà Lan đã gắn cho máy bay không người lái một bộ chân biết sờ.

Bộ chân đó có ba "ngón" mềm. Mỗi ngón chia làm ba đốt, giống hệt cách ngón tay bạn gập lại thành ba khúc. Nhờ chia đốt như vậy, ngón có thể cong theo và ôm vòng quanh cành, thay vì chỉ tì vào một điểm. Phần vỏ ngoài của ngón là lớp silicone mềm, và nằm trong lớp vỏ ấy là các cảm biến xúc giác (tactile sensor), tức là những con mắt nhỏ chuyên đo chuyện chạm. Mỗi ngón mang ba cảm biến, cộng lại thành chín cảm biến cho cả bàn tay.

Trong ngón còn có lò xo. Chi tiết này nghe nhỏ nhưng quan trọng: khi ngón đã quấn quanh cành và khóa lại, lò xo giữ chặt giúp, nên máy đậu đó mà không phải tốn thêm chút điện nào cho việc bám.

Có một điều cần nói thẳng: đây mới là nguyên mẫu (prototype), tức bản chế thử trong phòng nghiên cứu, chưa phải món hàng bán ra. Tài liệu công bố cũng không cho biết chiếc máy nặng bao nhiêu, to cỡ nào, hay bộ chân này lắp vừa loại máy bay nào. Nên nếu bạn đang cố hình dung nó to bằng con quạ hay bằng cái cặp sách, thì thành thật mà nói, chưa ai trả lời câu đó.

Trước đây người ta làm thế nào

Máy bay không người lái giờ có mặt khắp nơi, từ quân đội cho tới nghiên cứu môi trường. Nhưng hạ cánh vẫn là phần khó nhất, nhất là khi chỗ đáp không bằng phẳng.

Người ta đã nghĩ ra vài cách khá thú vị. Có loại đáp được lên mặt dốc phủ băng nhờ bộ móng bắt chước vuốt mèo. Có loại xòe màng cánh ra để hãm tốc độ, ý tưởng lấy từ sóc bay. Riêng chuyện đậu lên cành cây thì rắc rối hơn hẳn, và trước nghiên cứu này nó vẫn là bài toán chưa có lời giải.

Vậy sao không cho máy bay treo lơ lửng một chỗ cho xong? Đôi khi đúng là người ta cần thế thật. Nhưng bay treo (hovering) có hai điểm bất lợi. Thứ nhất, nó ngốn pin rất nhanh. Thứ hai, nó kêu, và kêu liên tục. Khi các nhà nghiên cứu muốn quan sát động vật hoang dã, họ cần một thứ kín đáo và im lặng, gần giống một cái máy quay giấu kín, chứ không phải một vật thể ù ù trên đầu làm chim và thú bỏ chạy hết.

Cũng đã có loại máy bay dùng bộ kẹp hình vuốt để bám cành. Nhưng bám được mới là một nửa việc. Nửa còn lại khó hơn: phải biết cành nằm chính xác ở đâu. Máy bay thường dựa vào camera để tính chuyện này, mà trong rừng thì lá và cành chen nhau che khuất tầm nhìn. Camera đoán hụt một chút là cú đáp hỏng.

Nó hơn ở điểm nào

Cách của nhóm TU Delft là không bắt camera gánh hết. Máy vẫn dùng camera để ước chừng cành ở đâu, nhưng thay vì tin tuyệt đối vào con số đó, nó vươn ngón ra và dò, đúng nghĩa là quơ tìm cho tới khi chạm thật.

Mỗi cảm biến trong chín cảm biến kia thực ra rất đơn giản. Nó chỉ trả lời được đúng một câu hỏi, có hoặc không: tôi có đang chạm vào cái gì không? Nghe thì nghèo nàn. Nhưng vì máy biết rõ bàn tay của chính nó có hình dạng thế nào và ngón nào đang ở đâu, nên chỉ cần biết cảm biến số mấy vừa báo chạm, nó đã suy ra được cành nằm chỗ nào, to cỡ nào, nghiêng theo hướng nào.

Anton Bredenbeck, một trong các tác giả của nghiên cứu, giải thích ý này như sau: mỗi cảm biến chỉ nói được rằng có cái gì đó ở đây, nhưng nếu bạn biết hình dạng bàn tay của chính mình thì bấy nhiêu là đủ để dựng lại cành đang ở đâu và xoay ra sao; chiếc máy bay xây dựng một "bức tranh" ngày càng chính xác về mục tiêu chỉ bằng cách va vào nó.

Chạm xong, máy chỉnh lại thế cầm, quấn ba ngón quanh cành, khóa lại, rồi đứng yên.

Kết quả thử nghiệm: tỉ lệ đậu thành công đạt trên 99%. Và đây mới là con số đáng nể nhất, ngay cả khi camera đoán lệch vị trí cành tới 60 xăng ti mét, chiếc máy vẫn tự chỉnh lại được và đáp an toàn. Nghĩa là cái tay đã cứu cho cái mắt. Bài báo khoa học về nghiên cứu này, do Phó Giáo sư Salua Hamaza dẫn dắt, được công bố trên tạp chí Nature npj Robotics.

Còn vướng ở đâu

Chưa có gì để mua. Đây là bản chế thử, và nhóm nghiên cứu cũng không đặt mục tiêu thay thế camera. Họ nói rõ ý định của mình là bổ sung cảm giác chạm cho camera, dùng khi điều kiện khó và hình ảnh trở nên kém tin cậy. Tức là bỏ camera đi thì chiếc máy này cũng không biết bay tới đâu mà dò.

Còn vài chỗ tài liệu công bố để trống, và người đọc tin nên biết mình chưa biết gì. Con số trên 99% được tính từ bao nhiêu lượt thử, nguồn không nói. Cành dùng trong thử nghiệm to cỡ nào, nhẵn hay xù xì, khô hay ướt, cũng không nói. Máy nặng bao nhiêu, bay được bao lâu với một lần sạc, cũng không. Mà giữ chặt được một cành khô trong phòng thí nghiệm khác xa với việc bám một cành đang đung đưa trong gió giữa rừng.

Thử ở nhà

Nhờ người nhà đặt ba đồ vật lên bàn mà không cho bạn xem. Bạn nhắm mắt, chỉ dùng đầu ngón tay chạm, rồi đoán từng thứ. Đếm xem cần mấy lần chạm bạn mới dám chắc. Đó chính là việc chiếc máy bay kia làm, chỉ khác là nó chỉ có chín điểm chạm và không có da như bạn.

Và một câu để nghĩ tiếp: con vật nào khác còn có cách làm mà máy móc đáng học theo nữa?

Lưu ý

Bài viết dựa trên tin khoa học đã công bố, viết lại cho bạn đọc nhỏ tuổi. Có chỗ nào con muốn tìm hiểu thêm thì rủ bố mẹ đọc cùng nhé.