Rô bốt dưới nước biết đổi ba kiểu bơi giữa chuyến đi

Có một cỗ máy vừa biết thả trôi theo dòng nước như chiếc lá rơi xuống suối, vừa biết lượn lên lượn xuống như cánh diều dưới lòng biển, lại vừa biết bật chân vịt bơi thẳng tới chỗ nó cần tới. Ba kiểu di chuyển ấy, từ trước tới nay thuộc về ba loại máy khác nhau. Bây giờ chúng nằm chung trong một thân máy, và thân máy đó tự đổi kiểu ngay giữa chuyến đi.

Đó là rô bốt ngầm do phó giáo sư Yu She, ở Edwardson School of Industrial Engineering thuộc Đại học Purdue, chế tạo. Sáng chế đã được báo lên Purdue Innovates Office of Technology Commercialization, và văn phòng này đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế. Nghĩa là bằng chưa được cấp, mới đang chờ.

Nó là cái gì

Bạn cứ hình dung một thân máy nhỏ gọn, kín nước, hai bên có một đôi cánh gấp được: lúc không cần thì cụp sát vào thân, lúc cần lượn thì bung ra. Đuôi máy có chân vịt và cơ cấu lái. Bên trong có một hệ điều tiết lực nổi (buoyancy), tức là cái làm cho nó nặng thêm để chìm xuống hoặc nhẹ đi để nổi lên, và có một khối nặng chạy được tới lui trong thân để làm mũi máy chúc xuống hay ngóc lên.

Ở đây phải nói thật với bạn một điều: bản tin gốc không cho biết cỗ máy này dài bao nhiêu, nặng bao nhiêu, lặn được sâu tới đâu. Cũng không nói ai trả tiền cho nghiên cứu. Người viết bài này không có quyền đoán những con số đó, nên bạn sẽ không thấy chúng ở đây. Chỗ duy nhất bản tin nói rõ nó đã xuống nước là một bể bơi, trong đợt thử nghiệm bản mẫu (prototype).

Trước đây người ta làm thế nào

Muốn hiểu cỗ máy này giải quyết chuyện gì, bạn cần biết những người nghiên cứu biển vẫn phải xoay xở ra sao.

Kiểu thứ nhất là thả trôi (drifter). Máy chỉnh lực nổi rồi buông mình theo dòng nước, gần như không tốn điện. Nhưng nước cuốn đi đâu thì nó theo đó. Theo lời phó giáo sư Yu She, một cỗ máy chỉ biết trôi thì không thể chủ động đi tới đích, và nếu bị cuốn vào một đường đi bất lợi thì cũng không tự gỡ ra được.

Kiểu thứ hai là tàu lượn ngầm (glider). Máy đổi lực nổi để chìm xuống rồi nổi lên, nhờ đôi cánh mà biến chuyển động lên xuống ấy thành chuyển động tiến về phía trước. Kiểu này đi được rất xa và rất lâu vì tốn ít điện. Nhược điểm là vào chỗ chật hẹp hoặc địa hình rối rắm thì lúng túng.

Kiểu thứ ba là chạy chân vịt (thruster). Máy muốn đi đâu thì đi, đứng yên một chỗ cũng được. Đổi lại, nó ngốn điện rất nhanh, nên chuyến đi phải ngắn.

Vì mỗi kiểu chỉ giỏi một việc, một chuyến khảo sát dài thường phải thả nhiều cỗ máy chuyên biệt khác nhau. Phó giáo sư Yu She liệt kê những cái giá phải trả: chi phí vận hành cao hơn, thời gian làm việc ngắn đi, thu được ít dữ liệu hơn, và rủi ro mất máy hay kẹt máy tăng lên. Với các chuyến quan trắc ở vùng cực hay ngoài đại dương, ít dữ liệu nghĩa là hiểu biết về môi trường cũng mỏng đi theo.

Nó hơn ở điểm nào

Điểm hơn nằm ở chỗ bốn thứ bên trong được phối hợp với nhau: điều tiết lực nổi, dịch khối nặng bên trong, bung cánh gấp, và bật chân vịt. Nhờ vậy cùng một cỗ máy, trong cùng một lần thả xuống nước, có thể chuyển qua lại giữa ba trạng thái. Cần tiết kiệm điện hoặc muốn bám theo dòng chảy thì thả trôi. Cần đi xa mà ít tốn điện thì lượn. Cần lách vào chỗ hẹp, giữ nguyên vị trí, hoặc thoát ra khỏi một khe kẹt thì bật chân vịt.

Một cỗ máy làm được việc mà trước đây phải thả ba cỗ. Những việc mà nhóm nghiên cứu nhắm tới gồm giám sát biển và hồ, vẽ bản đồ dòng chảy, soi chân cầu cảng và các công trình chìm dưới nước, chui xuống dưới thềm băng, quan trắc môi trường, và tìm kiếm cứu nạn.

Ở đây có một chỗ bạn nên để ý. Bản tin không đưa ra một con số nào: không nói tiết kiệm được bao nhiêu phần trăm điện, không nói đi xa hơn bao nhiêu ki lô mét, không nói đổi kiểu mất mấy giây. Chính phó giáo sư Yu She nói rằng đợt thử nghiệm mới chỉ xác nhận các bộ phận chính chạy được cùng nhau dưới nước và cỗ máy thể hiện đúng ba kiểu di chuyển như thiết kế. Khi một bản tin phát minh không có số, bạn nên đọc nó như một lời hứa đang chờ được kiểm, chứ chưa phải một kết quả đã đo.

Còn vướng ở đâu

Vướng lớn nhất: hiện tại người vẫn phải bấm nút chuyển kiểu. Cỗ máy chưa tự quyết định lúc nào nên trôi, lúc nào nên lượn, lúc nào nên bật chân vịt. Nhóm nghiên cứu nói việc dạy cho máy tự chọn, dựa trên mục tiêu nhiệm vụ và tín hiệu môi trường quanh nó, là phần việc của tương lai. Mà giữa đại dương thì thường không có ai đứng cạnh để bấm nút.

Vướng thứ hai: nó mới bơi trong bể bơi. Bể bơi thì nước lặng, trong veo, nông và ấm. Biển thật có sóng, có dòng chảy ngang, có nước lạnh, có áp suất lớn và có bùn cát. Chưa ai biết cỗ máy chịu được tới đâu.

Vướng thứ ba: chưa có phép đo. Danh sách những thứ nhóm nghiên cứu nói sẽ đo tiếp gồm mức tiêu thụ điện, độ bền bỉ, khả năng cơ động, hiệu suất lượn, thời gian chuyển kiểu, độ chính xác điều khiển và độ bền vững ngoài thực địa. Cả bảy thứ đó hiện đều đang bỏ trống.

Và nó chưa bán. Đây là bản mẫu trong trường đại học, bằng sáng chế còn đang chờ cấp.

Nghĩ tiếp và thử ở nhà

Câu hỏi để bạn nghĩ: nếu cỗ máy được tự chọn, nó nên dựa vào dấu hiệu nào dưới nước để biết lúc này nên thả trôi, lúc nào nên bật chân vịt? Dòng chảy mạnh yếu? Pin còn nhiều hay ít? Khoảng cách tới vật cản?

Việc thử ở nhà: lấy một chai nhựa rỗng có nắp, thả vào chậu nước, rồi mở nắp đổ thêm nước vào chai từng chút một. Bạn sẽ thấy chai đang nổi bập bềnh, rồi lơ lửng giữa chậu, rồi chìm hẳn. Bạn vừa làm đúng cái việc mà cỗ máy kia làm để lên xuống trong lòng biển.

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.