Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã chế tạo robot bay hoạt động giống như chim ruồi, được huấn luyện bằng thuật toán học máy dựa trên các kỹ thuật khác nhau mà chim sử dụng tự nhiên mỗi ngày.
Cái gì có thể bay như chim và bay lượn như côn trùng?
Chim ruồi hàng xóm thân thiện của con người. Nếu máy bay không người lái có combo này, chúng sẽ có thể cơ động tốt hơn thông qua các tòa nhà bị sập và các không gian lộn xộn khác để tìm nạn nhân bị mắc kẹt.
Các nhà nghiên cứu của Đại học Purdue đã chế tạo robot bay hoạt động giống như chim ruồi, được huấn luyện bằng thuật toán học máy dựa trên các kỹ thuật khác nhau mà loài chim sử dụng tự nhiên mỗi ngày.
Điều này có nghĩa là sau khi học được từ một mô phỏng, robot “biết” cách tự di chuyển như một con chim ruồi, chẳng hạn như khi nào nên thực hiện một thao tác thoát hiểm.
Trí thông minh nhân tạo, kết hợp với đôi cánh vỗ linh hoạt, cũng cho phép robot tự dạy mình những mánh khóe mới. Mặc dù robot không thể nhìn thấy, ví dụ, nó cảm nhận được bằng cách chạm vào các bề mặt. Mỗi lần chạm làm thay đổi một dòng điện, mà các nhà nghiên cứu nhận ra họ có thể theo dõi.
“Robot về cơ bản có thể tạo ra một bản đồ mà không cần nhìn thấy môi trường xung quanh. Điều này có thể hữu ích trong tình huống khi robot có thể tìm kiếm nạn nhân ở một nơi tối tăm – và nó có nghĩa là thêm một cảm biến để thêm vào khi chúng ta cung cấp cho robot khả năng để xem, “Xinyan Đặng, một giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Purdue nói.
Các nhà nghiên cứu sẽ trình bày công việc của họ vào ngày 20 tháng 5 tại Hội nghị Quốc tế về Robot và Tự động hóa năm 2019 tại Montreal. Một video YouTube có sẵn tại https://youtu.be/jhl892dHqfA .
Máy bay không người lái không thể được làm nhỏ hơn vô hạn, do cách hoạt động của khí động học thông thường. Họ sẽ không thể tạo ra lực nâng đủ để hỗ trợ trọng lượng của họ.
Nhưng chim ruồi không sử dụng khí động học thông thường – và đôi cánh của chúng rất kiên cường. “Vật lý đơn giản là khác nhau, khí động học vốn đã không ổn định, với góc tấn công và lực nâng cao. Điều này giúp cho các động vật bay nhỏ hơn có thể tồn tại và chúng ta cũng có thể thu nhỏ các cánh máy bay đập cánh”, ông Đặng nói.
Các nhà nghiên cứu đã cố gắng trong nhiều năm để giải mã chuyến bay của chim ruồi để robot có thể bay ở nơi mà máy bay lớn hơn không thể. Vào năm 2011, công ty AeroVironment, được ủy quyền bởi DARPA, một cơ quan thuộc Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, đã chế tạo một con chim ruồi robot nặng hơn một con thật nhưng không nhanh bằng điều khiển bay giống như trực thăng và khả năng cơ động hạn chế. Nó đòi hỏi một con người phải ở đằng sau một điều khiển từ xa mọi lúc.
Nhóm của Đặng và các cộng tác viên của cô đã tự nghiên cứu chim ruồi trong nhiều mùa hè ở Montana. Họ đã ghi lại các thao tác chính của chim ruồi, chẳng hạn như quay nhanh 180 độ và dịch chúng sang các thuật toán máy tính mà robot có thể học được khi nối với mô phỏng.
Nghiên cứu sâu hơn về vật lý của côn trùng và chim ruồi cho phép các nhà nghiên cứu của Purdue chế tạo robot nhỏ hơn chim ruồi – và thậm chí nhỏ như côn trùng – mà không ảnh hưởng đến cách chúng bay. Đặng kích thước càng nhỏ, tần số vỗ cánh càng lớn và chúng bay càng hiệu quả, Đặng nói.
Các robot có cơ thể in 3D, cánh làm bằng sợi carbon và màng cắt laser. Các nhà nghiên cứu đã chế tạo một robot chim ruồi nặng 12 gram – trọng lượng của chim ruồi Magnificent trưởng thành trung bình – và một robot có kích thước côn trùng khác nặng 1 gram. Robot chim ruồi có thể nâng nhiều hơn trọng lượng của chính nó, lên tới 27 gram.
Thiết kế robot của họ với lực nâng cao hơn giúp các nhà nghiên cứu có nhiều phòng hơn để cuối cùng thêm pin và công nghệ cảm biến, chẳng hạn như máy ảnh hoặc GPS. Hiện tại, robot cần được buộc vào một nguồn năng lượng trong khi nó bay – nhưng điều đó sẽ không còn lâu nữa, các nhà nghiên cứu nói.
Các robot có thể bay âm thầm giống như một con chim ruồi thực sự, khiến chúng trở nên lý tưởng hơn cho các hoạt động bí mật. Và họ giữ ổn định thông qua nhiễu loạn, điều mà các nhà nghiên cứu đã chứng minh bằng cách thử nghiệm các cánh có kích thước linh hoạt trong một bể dầu.
Robot chỉ cần hai động cơ và có thể điều khiển từng cánh độc lập với cánh kia, đó là cách động vật bay thực hiện các thao tác nhanh nhẹn trong tự nhiên.
“Một con chim ruồi thực sự có nhiều nhóm cơ để thực hiện sức mạnh và các cú đánh lái, nhưng một robot nên càng nhẹ càng tốt, để bạn có hiệu suất tối đa trên trọng lượng tối thiểu”, Đặng nói.
Chim ruồi robot không chỉ giúp thực hiện các nhiệm vụ tìm kiếm và cứu hộ mà còn cho phép các nhà sinh vật học nghiên cứu đáng tin cậy hơn về chim ruồi trong môi trường tự nhiên của chúng thông qua cảm giác của một robot thực tế.
“Chúng tôi đã học được từ sinh học để chế tạo robot, và bây giờ những khám phá sinh học có thể xảy ra với sự trợ giúp thêm từ robot”, ông Đặng nói.
Mô phỏng của công nghệ có sẵn nguồn mở tại https://github.com/purdue-biorobotics/flappy .
Các giai đoạn đầu của công việc, bao gồm các thí nghiệm chim ruồi Montana phối hợp với nhóm của Bret Tobalske tại Đại học Montana, được hỗ trợ tài chính bởi Quỹ Khoa học Quốc gia.
Công việc này phù hợp với lễ kỷ niệm Bước nhảy vọt khổng lồ của Purdue, thừa nhận những tiến bộ toàn cầu của trường đại học được thực hiện trong AI, thuật toán và tự động hóa là một phần trong lễ kỷ niệm 150 năm của Purdue. Đây là một trong bốn chủ đề của Lễ hội Ý tưởng của lễ kỷ niệm kéo dài một năm, được thiết kế để giới thiệu Purdue như một trung tâm trí tuệ giải quyết các vấn đề trong thế giới thực.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Purdue . Bản gốc được viết bởi Kayla Wiles. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.