Con cá máy bơi được cả ở lạch cạn lẫn giữa hồ lớn

Ở một con lạch tại Thụy Sĩ, chỗ nước chỉ sâu chừng 15 tới 30 xăng ti mét, có một vật dài bằng cánh tay bạn đang uốn mình đi tới. Nó không có chân vịt, không sủi bọt, không khuấy bùn lên. Nó cong đuôi sang trái rồi sang phải, hệt như con cá thật đang lượn qua đám cỏ nước. Cùng lúc đó, ở hồ Geneva, một vật khác dài gần bằng cái xe hơi con cũng đang bơi theo đúng kiểu như vậy.

Hai vật ấy là hai bản của cùng một thiết kế robot, tên là ScaFi.

Nó là cái gì

ScaFi là một con cá máy. Phần đầu cứng, chứa mô tơ và mạch điện. Phần đuôi thì mềm, làm bằng những thanh sợi thủy tinh (fiberglass), loại vật liệu dẻo mà dai, bẻ cong rồi thả ra là bật lại.

Bên trong có đúng một mô tơ duy nhất. Mô tơ ấy kéo hai sợi dây gân (tendon) bắt chéo nhau ở gần cuối đuôi. Kéo bên này thì đuôi cong một chiều, kéo bên kia thì cong chiều ngược lại. Cứ đổi qua đổi lại, thân robot uốn thành hình chữ S và đẩy nó đi tới. Đó chính là cách bơi của cá tuyết (cod) và cá thu (mackerel): phần lớn độ uốn dồn về phía đuôi, còn phần đầu gần như giữ yên.

Nhóm kỹ sư đã dựng ba con thật, dài khoảng 0,6 mét, 1,1 mét và 2,9 mét. Con dài nhất gấp gần 5 lần con ngắn nhất. Người dẫn dắt dự án là Nana Obayashi, hiện dạy ở NYU Tandon và thuộc NYU Center for Robotics and Embodied Intelligence, làm ScaFi từ hồi còn là nghiên cứu sinh tiến sĩ ở EPFL. Nghiên cứu đăng trên tạp chí npj Robotics năm 2026.

Nói ngay cho rõ: đây là bản mẫu (prototype), tức là bản làm ra để thử nghiệm. Chưa ai bán nó, và nó cũng chưa được làm ra để bán.

Trước đây người ta làm thế nào

Muốn quan sát dưới nước, lâu nay các nhà khoa học thả tàu ngầm nhỏ chạy bằng chân vịt. Chân vịt khỏe và dễ điều khiển, nhưng chính cái cánh quay ấy lại gây phiền. Nó vướng cây cỏ. Nó khuấy bùn đáy lên làm nước đục ngầu, mà nước đục thì camera chẳng thấy gì. Và nó làm hoảng sợ đúng những con vật mà người ta cử nó đi xem.

Nên nhiều nhóm chuyển sang làm robot bơi kiểu cá. Nhưng ở đây lại vấp một chuyện khác: mỗi con robot cá thường chỉ hợp một cỡ và một việc. Muốn có con to hơn hay nhỏ hơn thì gần như phải thiết kế lại từ đầu, rồi thử lại từ đầu.

Obayashi nói về chuyện đó thế này: "Hiện tại, nếu muốn quan trắc một con suối rồi quan trắc một cái hồ, về cơ bản bạn cần hai robot khác nhau, chế tạo và kiểm thử từ con số không. Các môi trường chúng ta quan tâm không chỉ có một cỡ, nên chúng tôi cho rằng công cụ cũng không nên như vậy."

Nó hơn ở điểm nào

Điểm hay của ScaFi nằm ở một câu ngắn: muốn phóng to hay thu nhỏ con robot, bạn chỉ cần đổi độ dày của thanh đuôi. Robot to ra thì thanh dày lên theo tỉ lệ. Còn mô tơ và cách buộc hai dây gân chéo thì giữ nguyên y hệt ở mọi cỡ.

Cách làm đó có hiệu quả không? Nhóm nghiên cứu đo chuyển động bơi của cả ba con, rồi quy về cùng một thước theo chiều dài thân. Kết quả là ba dáng bơi khớp nhau rất chặt, dù con dài nhất hơn con ngắn nhất gần 5 lần. Con nhỏ nhất còn để lại những xoáy nước giống vệt xoáy mà cá thật để lại phía sau.

Ba con cũng đã ra ngoài thiên nhiên thật, không chỉ nằm trong bể thí nghiệm. Con cỡ trung thả xuống một con suối ở Thụy Sĩ, con lớn nhất ra hồ Geneva, con nhỏ nhất vào những lạch cạn 15 tới 30 xăng ti mét. Giữa buổi thử ở suối, robot mất tín hiệu định vị vệ tinh (GPS) mà vẫn bơi tiếp được.

Còn vướng ở đâu

Đây là phần mà bản tin nào cũng nên có, và bạn nên tìm đọc trước tiên.

Dáng bơi thì phóng to gọn gàng, nhưng mức tốn năng lượng thì không. Hai con nhỏ tốn năng lượng ngang nhau. Riêng con lớn nhất luôn kém hiệu quả hơn hẳn, và nhóm phải thay cho nó một mô tơ khác, mạnh hơn. Tức là cái mô tơ vốn "giữ nguyên ở mọi cỡ" đã không giữ nguyên được tới cỡ lớn nhất.

Vì sao lại thế? Các tác giả đoán là do lực cản của nước và do quán tính, nghĩa là vật càng nặng thì càng khó đổi hướng chuyển động. Nhưng họ nói thẳng: nguyên nhân chính xác chưa được làm rõ. Nói gọn, họ phóng to được cách bơi, chứ chưa phóng to được cái giá phải trả để bơi.

Còn một đánh đổi nữa, khá thú vị. Nhóm thử đẩy robot lệch hướng để xem nó xoay xở ra sao. Con nhỏ nhất nhanh nhẹn nhất, nhưng lại lâu lấy lại hướng cũ nhất. Mấy con lớn thì chậm chạp hơn nhưng vững hơn. Không có cỡ nào giỏi cả hai mặt.

Nhóm nghiên cứu cho rằng cách làm này, tức là phóng tỉ lệ quanh đúng một tham số cấu trúc then chốt, có thể dùng cho những robot mềm khác, kể cả loại không chạy dưới nước. Còn chuyện hiệu suất năng lượng có phóng tỉ lệ đẹp như dáng bơi hay không thì vẫn là câu hỏi để ngỏ.

Nghĩ thêm, và thử ở nhà

Nếu cùng một kiểu thân mà cứ phóng to là tốn thêm sức, phải chăng mỗi loài vật đều có một cỡ vừa vặn nhất cho cách di chuyển của nó?

Bạn thử cái này xem: cắt hai dải giấy dài bằng nhau, một dải dày một dải mỏng. Cầm một đầu rồi lắc nhẹ. Dải nào cong thành hình chữ S dễ hơn? Đúng cái độ dày ấy là thứ nhóm kỹ sư phải chỉnh mỗi lần con cá máy của họ lớn lên.

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.