Ứng dụng robot trong tìm kiếm cứu hộ

Khi thảm họa động đất xảy ra và nhiều công trình sụp đổ, mọi người có thể bị mắc kẹt dưới đống đổ nát. Việc giải cứu nạn nhân khỏi những môi trường này vô cùng nguy hiểm và kiệt sức về mặt thể chất.

Robot linh hoạt tìm kiếm trong đống đổ nát

Để giúp các đội cứu hộ điều hướng những công trình đổ nát này, Phòng thí nghiệm Lincoln của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), hợp tác với một nhóm nhà nghiên cứu Đại học Notre Dame, phát triển “Đơn vị quan sát robot tìm đường mềm” (SPROUT) - loại robot dây leo mềm có thể phát triển và di chuyển xung quanh chướng ngại vật và luồn qua những không gian nhỏ. Những người ứng cứu đầu tiên dễ dàng triển khai SPROUT dưới những cấu trúc bị sập để phát hiện, lập bản đồ và tìm ra những tuyến đường vào tối ưu giữa hàng đống mảnh đổ nát.

Chad Council, một thành viên của nhóm SPROUT do Nathaniel Hanson dẫn đầu, cho biết chương trình được thực hiện từ Nhóm công nghệ phục hồi của con người của phòng thí nghiệm: “Môi trường tìm kiếm và cứu hộ đô thị rất khắc nghiệt và nơi mà ngay cả công nghệ cứng rắn nhất cũng phải vật lộn để hoạt động. Cách thức hoạt động cơ bản của loại robot dây leo mềm giúp giảm bớt rất nhiều thách thức mà các nền tảng khác phải đối mặt”.

Ứng dụng robot trong tìm kiếm cứu hộ -0
Nhóm nhân viên Phòng thí nghiệm Lincoln Chad Council và Nathaniel Hanson thử nghiệm một robot dây leo trong môi trường phòng thí nghiệm.

Những người ứng cứu đầu tiên thường tích hợp công nghệ, chẳng hạn như máy ảnh và cảm biến, vào quy trình làm việc của họ để hiểu rõ môi trường hoạt động phức tạp. Tuy nhiên, nhiều công nghệ trong số này có những hạn chế. Ví dụ, máy ảnh được chế tạo đặc biệt cho hoạt động tìm kiếm và cứu nạn chỉ có thể thăm dò theo đường thẳng bên trong một cấu trúc bị sập. Nếu một nhóm muốn tìm kiếm sâu hơn vào một đống đổ nát, họ cần phải cắt một lỗ tiếp cận để đến khu vực tiếp theo của không gian.

Robot rất tốt để khám phá trên đỉnh các đống đổ nát, nhưng không phù hợp để tìm kiếm trong cấu trúc chật hẹp, không ổn định và tốn kém để sửa chữa nếu bị hư hỏng. Thách thức mà SPROUT giải quyết là làm thế nào tiếp cận công trình bị sập bằng một loại robot giá rẻ, dễ vận hành, có thể mang theo camera và cảm biến và di chuyển theo những đường quanh co.

SPROUT bao gồm một ống bơm hơi làm bằng vải kín khí, bung ra từ một đế cố định. Ống bơm hơi bằng không khí và một động cơ điều khiển việc triển khai của nó. Khi ống mở rộng vào đống đổ nát, nó có thể uốn cong quanh các góc và luồn lách qua nhiều lối đi hẹp. Một camera và các cảm biến khác được gắn vào đầu ống sẽ chụp ảnh và lập bản đồ môi trường mà robot đang di chuyển. Một người điều khiển SPROUT bằng cần điều khiển, theo dõi màn hình hiển thị nguồn cấp dữ liệu camera của robot. Hiện tại, SPROUT có thể triển khai tới 3,4 mét và nhóm đang nỗ lực mở rộng nó lên 7,62 mét.

Trong khi xây dựng SPROUT, nhóm đã vượt qua một số thách thức liên quan đến tính linh hoạt của robot. Vì robot được làm bằng vật liệu biến dạng có thể uốn cong ở nhiều điểm, nên việc xác định và kiểm soát hình dạng của robot khi nó mở ra trong môi trường là rất khó khăn. Xác định chính xác cách áp dụng áp suất không khí bên trong robot giúp việc lái nó trở nên đơn giản như việc chỉ cần điều khiển về phía trước để robot di chuyển về phía trước là điều cần thiết giúp cho những người ứng phó khẩn cấp áp dụng hệ thống.

Ngoài ra, nhóm phải thiết kế ống để giảm thiểu ma sát. Trong khi hệ thống điều khiển từ xa là điểm khởi đầu tốt để đánh giá các mối nguy hiểm của không gian trống, nhóm nghiên cứu cũng đang tìm ra những cách mới để áp dụng công nghệ robot vào lĩnh vực này - chẳng hạn như sử dụng dữ liệu do robot thu thập cho phép xây dựng bản đồ các khoảng trống dưới bề mặt.

Ứng dụng robot trong tìm kiếm cứu hộ -0
Nathaniel Hanson dẫn đầu nhóm SPROUT.

Hanson giải thích: “Sụp đổ công trình là sự kiện hiếm gặp nhưng có sức tàn phá khủng khiếp. Trong lĩnh vực robot, chúng ta thường muốn có các phép đo thực tế để xác thực phương pháp tiếp cận, nhưng những phép đo này đơn giản là không tồn tại đối với cấu trúc bị sụp đổ”. Để giải quyết vấn đề này, Hanson và nhóm của ông tạo ra một trình mô phỏng cho phép xây dựng hình ảnh chân thực về cấu trúc sụp đổ và phát triển thuật toán lập bản đồ không gian trống.

SPROUT được phát triển với sự hợp tác của Margaret Coad, một giáo sư tại Đại học Notre Dame. Khi tìm kiếm cộng tác viên, Hanson đã biết đến công trình của Coad về “robot cây nho” dùng trong công tác kiểm tra công nghiệp. Là một trong những nhà phát minh chính của robot dây leo, Giáo sư Coad mang đến chuyên môn vô giá về chế tạo và mô hình hóa các robot này. Phòng thí nghiệm Lincoln thử nghiệm SPROUT với những người ứng cứu đầu tiên tại địa điểm đào tạo của Lực lượng đặc nhiệm Massachusetts 1 ở Beverly, bang Massachusetts (Mỹ).

Những cuộc thử nghiệm cho phép nhóm nhà nghiên cứu cải thiện độ bền và khả năng di chuyển của robot đồng thời tìm hiểu cách phát triển và điều khiển robot hiệu quả hơn. Nhóm đang lên kế hoạch cho một nghiên cứu thực địa lớn hơn. Hanson báo cáo: “Các đội tìm kiếm cứu nạn đô thị và những người ứng cứu đầu tiên đóng vai trò quan trọng trong cộng đồng của họ nhưng thường có ít hoặc không có ngân sách nghiên cứu và phát triển. Chương trình này giúp chúng tôi nâng cao mức độ sẵn sàng về công nghệ của “robot cây nho” đến mức những người ứng cứu có thể tham gia vào một cuộc trình diễn thực hành về hệ thống”.

Hanson cho biết thêm rằng cảm biến trong không gian hạn chế không phải là vấn đề riêng của cộng đồng ứng phó thảm họa. Nhóm nghiên cứu hình dung công nghệ này sẽ được sử dụng để bảo trì hệ thống quân sự hoặc cơ sở hạ tầng quan trọng ở những địa điểm khó tiếp cận.

Ứng dụng robot trong tìm kiếm cứu hộ -0
Khung mở rộng thiết kế cơ chế cổ điển sang robot mềm.

Chương trình ban đầu tập trung vào việc lập bản đồ các khoảng trống, nhưng công việc trong tương lai sẽ hướng đến việc xác định vị trí mối nguy hiểm cũng như đánh giá tính khả thi cũng như độ an toàn của mọi hoạt động thông qua đống đổ nát. Hanson kết luận: “Hiệu suất cơ học của robot có tác động ngay lập tức, nhưng mục tiêu thực sự là xem xét lại cách sử dụng cảm biến để nâng cao nhận thức tình huống cho đội cứu hộ. Cuối cùng, chúng tôi muốn SPROUT cung cấp hình ảnh hoạt động hoàn chỉnh cho đội cứu hộ trước khi bất kỳ ai bước vào đống đổ nát”.

Robot có khớp mềm giải quyết mọi địa hình và nhiệm vụ khó khăn

Hãy tưởng tượng một đàn robot nhỏ, mỗi con có kích thước bằng lòng bàn tay bạn, lan rộng khắp một cộng đồng bị cháy rừng tàn phá, lập bản đồ những khu vực bị ô nhiễm bởi vật liệu độc hại, tìm kiếm người sống sót, xác định khu vực cháy rừng lan rộng nhanh chóng. Hoặc hình dung những con robot được sử dụng để rà phá bom mìn trên chiến trường, thực hiện nhiệm vụ tìm kiếm và cứu nạn sau động đất hoặc triển khai trên trang trại để chống lại sâu bệnh và theo dõi tình trạng đất. Đó là tầm nhìn mà Markus Nemitz, Phó giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Đại học Tufts, đã theo đuổi trong nhiều năm và hiện nay tầm nhìn đó đang bắt đầu thành hình với việc tạo ra những robot nhỏ, đàn hồi, có khớp mềm được chế tạo bằng máy in 3D.

Nemitz cho biết: “Nghiên cứu tiến sĩ của tôi là về robot bầy đàn. Tôi sẽ phát triển thuật toán điều khiển các nhóm robot lớn, cho phép chúng chia sẻ thông tin và thay đổi hành vi dựa trên các điều kiện đang phát triển và nhu cầu nỗ lực tập thể. Nhưng tôi nhận ra rằng trong khi tôi và những người khác đang tạo ra thuật toán này để mô phỏng, thì không có hệ thống robot thực tế nào để chứng minh chúng. Tôi nghĩ, có lẽ tôi nên khắc phục vấn đề đó”.

Việc tạo ra bầy đàn thực tế gồm hàng trăm hoặc hàng nghìn robot thường được coi là quá tốn kém để đưa vào thực tế. Nemitz, cùng với sinh viên tốt nghiệp Cem Aygl, thiết kế một loại robot mạnh mẽ được chế tạo gần như hoàn toàn trên máy in 3D chỉ trong vài giờ, không chỉ vượt qua rào cản về chi phí mà còn rút ngắn thời gian sản xuất để về mặt lý thuyết, người ta có thể in hàng trăm robot bằng một nhóm máy in trong 1 ngày. Ứng dụng bầy robot dự kiến diễn ra trong những môi trường khó khăn và khó lường, và một số robot có thể bị lạc hoặc hy sinh khi thực hiện nhiệm vụ tập thể.

Nemitz nói: “Chúng tôi thiết kế robot của mình bằng các thành phần mềm và cứng, thay vì chủ yếu là thành phần cứng như bạn có thể thấy trên chú chó robot ‘Spot’ của Boston Dynamics. Bạn có thể thả robot của chúng tôi từ trực thăng hoặc làm chúng bị bẹp dưới bánh xe, thế mà chúng vẫn sẽ tự nhổm lên và bước đi. Chúng đi trên đá. Chúng đi trên cát. Chúng có thể bò lên con dốc đứng. Chúng có thể xử lý nhiều môi trường khác nhau, vì vậy bây giờ chúng tôi phát triển khả năng bầy đàn thực sự rời khỏi phòng thí nghiệm và có tỉ lệ sống sót cao”.

Ứng dụng robot trong tìm kiếm cứu hộ -0
SPROUT là một robot dây leo mềm có thể triển khai và di chuyển xung quanh chướng ngại vật và luồn qua những không gian nhỏ.

Các chi của robot được tạo thành từ liên kết bán mềm và các khớp mềm, giống như hệ chi động vật có vú hoặc bò sát có cấu trúc xương được kết nối bằng bộ khớp mềm hơn lót sụn, cho phép một số chuyển động vượt ra ngoài một mặt phẳng quay duy nhất. Bằng cách chỉ định nhiều vật liệu có độ mềm khác nhau cho các liên kết, robot trở nên đàn hồi hơn với tác động vật lý. Robot hoàn toàn cứng, một số trong số chúng khá nhanh nhẹn, tuy nhiên phải thực hiện nhiều lần điều chỉnh nhanh đột ngột ở nhiều chi để giữ thăng bằng khi hạ cánh trên địa hình không bằng phẳng và khó lường. Loại robot kết hợp khớp mềm có kiểu chuyển động uyển chuyển hơn khi di chuyển trên địa hình, dễ dàng thích nghi với sự không bằng phẳng của bề mặt. Máy in có khả năng phân phối nhiều vật liệu, do đó cả những thành phần bán mềm và mềm đều được chế tạo đồng thời. Những thiết bị điện tử được thêm vào thủ công giữa quá trình in, nhưng bước đó cũng có thể được tự động hóa.

Nemitz chia sẻ: “Khi đã có những robot này, chúng tôi cũng có thể tùy chỉnh chúng, vì mỗi hoạt động có thể có những điều kiện mới lạ. Bạn có thể nhớ rằng vào năm 2018, có một đội bóng đá bị mắc kẹt trong hệ thống hang động Tham Luang Nang Non ở Thái Lan. Không có hệ thống robot nào có thể tiếp cận họ vì sự kết hợp của các kênh hẹp, bề mặt đá và môi trường dưới nước. Về mặt lý thuyết, người ta có thể nhanh chóng in ra những con robot có tính năng kết hợp mới lạ, cho phép điều hướng trong những môi trường phức tạp này nhằm chuyển tải thông điệp và vật tư”.

Nemitz và phòng thí nghiệm của ông đã làm việc song song về những ứng dụng cụ thể cho hoạt động rà phá bom mìn và giám sát môi trường - bao gồm theo dõi tình trạng thay đổi và vị trí của sông băng.

Diên San (Tổng hợp)

Các tin khác

Cảm biến lượng tử truy tìm tín hiệu vô tuyến

Cảm biến lượng tử truy tìm tín hiệu vô tuyến

Giữa môi trường tác chiến điện từ ngày càng phức tạp, nơi hàng trăm nguồn phát tín hiệu có thể xuất hiện đồng thời trên chiến trường, quân đội Mỹ đang tìm kiếm những công cụ mới để nâng cao năng lực nhận thức tình huống. Trong nỗ lực đó, các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Lục quân Mỹ (ARL) vừa trình diễn một cảm biến lượng tử thế hệ mới có khả năng xác định hướng của trường điện từ tần số vô tuyến trong không gian ba chiều.

UAV cải tiến có thể tự “săn mồi” trong vùng gây nhiễu

UAV cải tiến có thể tự “săn mồi” trong vùng gây nhiễu

Chiến trường tương lai có thể không còn được quyết định bởi số lượng UAV, mà bởi khả năng chúng tiếp tục chiến đấu khi bị "làm mù" và "cắt đứt liên lạc". Một công bố mới từ Trung Quốc về thuật toán AI HG-STR đang thu hút sự chú ý của giới quân sự khi tuyên bố giúp bầy UAV tự phối hợp truy tìm mục tiêu trong môi trường tác chiến điện tử phức tạp.

Bóng đen sau cánh cửa 37 quốc gia

Bóng đen sau cánh cửa 37 quốc gia

Tháng 2/2026, khi Palo Alto Networks công bố báo cáo về một chiến dịch gián điệp mạng quy mô toàn cầu, Pete Renals, Giám đốc Chương trình An ninh quốc gia của Unit 42, đã dùng một so sánh rất nặng. Ông nói với Recorded Future News rằng đây có thể là vụ xâm phạm hạ tầng chính phủ toàn cầu nghiêm trọng nhất do một nhóm được nhà nước hậu thuẫn thực hiện kể từ SolarWinds. So sánh ấy không ồn ào. Nhưng ai từng theo dõi SolarWinds năm 2020 đều hiểu nó nặng đến mức nào.

EU sẽ gia nhập “mặt trận” chip AI

EU sẽ gia nhập “mặt trận” chip AI

EU dự kiến tham gia sáng kiến chip AI do Mỹ khởi xướng, đánh dấu bước dịch chuyển đáng chú ý trong nỗ lực của phương Tây nhằm kiểm soát chuỗi cung ứng công nghệ chiến lược và kiềm chế tham vọng công nghệ của Trung Quốc.

Gián rít Madagascar - trinh sát toàn năng trong tương lai?

Gián rít Madagascar - trinh sát toàn năng trong tương lai?

Công nghệ điện tử - tự động hóa và trí tuệ nhân tạo phát triển, nhiều sản phẩm viễn tưởng bước ra khỏi phim ảnh để vào đời thực. Tiên phong có gián rít Madagascar “côn trùng người máy” đầu tiên của các nhà khoa học Đức.

Số phận của chiếc MQ1-Predator

Số phận của chiếc MQ1-Predator

Nhiệm vụ chính của máy bay không người lái MQ-1 Predator là ngăn chặn và tiến hành trinh sát vũ trang chống lại mục tiêu quan trọng, dễ bị phá hủy. Khi không thực hiện nhiệm vụ chính, MQ-1 sẽ cung cấp hoạt động trinh sát, giám sát và xác định mục tiêu để hỗ trợ chỉ huy Lực lượng Liên hợp.

Thế giới không thể lơ là trước cuộc chiến chống Ebola

Thế giới không thể lơ là trước cuộc chiến chống Ebola

Một “con bệnh” từ những cánh rừng châu Phi lại trỗi dậy, gióng lên hồi chuông cảnh báo về sự mong manh của an ninh y tế toàn cầu. Virus Ebola, với tỷ lệ tử vong cao và khả năng gieo rắc nỗi kinh hoàng đang bùng phát trở lại. Một cuộc chiến mới với ngành y tế thế giới lại bắt đầu.

Nhân tố con người trong kỷ nguyên AI quân sự

Nhân tố con người trong kỷ nguyên AI quân sự

Xu hướng đưa trí tuệ nhân tạo (AI) vào lĩnh vực quân sự ngày càng tăng, nhưng cơ chế quản lý vẫn chưa rõ ràng. Dù mang lại nhiều lợi ích cho ngành tình báo và hậu cần, việc quá phóng đại năng lực AI dễ đẩy cao căng thẳng toàn cầu và gây ra những sai sót hệ thống. Trước thực trạng đó, bà Jacquelyn Schneider, Giám đốc Sáng kiến Mô phỏng Chiến tranh và Khủng hoảng tại Viện Hoover (Đại học Stanford), nhận định rằng kiểm soát an toàn từ khâu phát triển và nâng cao tư duy phản biện cho quân nhân là giải pháp cốt lõi.

Khi AI bước vào chiến trường

Khi AI bước vào chiến trường

Quân đội Mỹ đang phát triển các mô hình AI được huấn luyện dựa trên dữ liệu từ nhiệm vụ thực tế, với mục tiêu triển khai một chatbot AI (trí tuệ nhân tạo) dành riêng cho binh sĩ, cho thấy tham vọng đẩy nhanh ứng dụng AI trong quân sự.

Những bí mật không thể xóa trong dữ liệu ADN

Những bí mật không thể xóa trong dữ liệu ADN

Ngày 23/3/2025, công ty xét nghiệm gen 23andMe nộp đơn xin bảo hộ phá sản theo Chương 11 tại Tòa Phá sản Mỹ khu vực Đông Missouri. Trong vòng 24 giờ, lượng truy cập vào trang web của công ty tăng 526%. Không phải vì khách hàng muốn đọc thông báo phá sản, mà vì hàng triệu người đổ xô vào trang hỗ trợ với một mục đích duy nhất: xóa dữ liệu ADN của mình trước khi chúng bị chuyển giao trong một thương vụ phá sản. Nhưng câu hỏi mà không ai trong số họ có thể trả lời được là: liệu xóa có còn kịp không?

Bộ xương giả và 41 năm tự đánh lừa của khoa học Anh

Bộ xương giả và 41 năm tự đánh lừa của khoa học Anh

Suốt 41 năm, giới khoa học và công chúng đã đặt niềm tin vào một “sự thật” mang tên “Người Piltdown”. Vụ lừa đảo kinh điển này không chỉ phơi bày sự xảo quyệt của một cá nhân, mà còn là lời cảnh báo sâu sắc về những điểm mù của tri thức khi bị dẫn dắt bởi thiên kiến xác nhận và lòng tự tôn dân tộc thái quá.

Bom không nổ hủy diệt hệ thống điện

Bom không nổ hủy diệt hệ thống điện

Lực lượng Nga tại các khu vực tạm chiếm thuộc vùng Donetsk tuyên bố rằng, lực lượng Ukraine đã sử dụng máy bay không người lái (UAV) trang bị bom graphite (than chì) trong các cuộc tấn công ban đêm. Điều này làm dấy lên nhiều câu hỏi về loại vũ khí này, lý do tại sao chúng có thể hiệu quả, và loại máy bay không người lái nào của Ukraine có khả năng mang loại vũ khí này?

Vũ khí “Made in Japan” mở đường tiến ra thị trường toàn cầu

Vũ khí “Made in Japan” mở đường tiến ra thị trường toàn cầu

Sau nhiều thập kỷ tự ràng buộc bởi các chính sách hạn chế nghiêm ngặt, Nhật Bản đã chính thức dỡ bỏ rào cản xuất khẩu vũ khí sát thương. Bước ngoặt này mở ra vận hội mới cho ngành công nghiệp quốc phòng Nhật Bản và đưa các sản phẩm "Made in Japan" vào thị trường vũ khí toàn cầu - một thị trường mà Tokyo chưa từng thực sự đặt chân vào kể từ sau Thế chiến II.

Koral - Tên lửa đất đối không của Ukraine

Koral - Tên lửa đất đối không của Ukraine

Tên lửa đất đối không Koral (đôi khi cũng được viết là Coral) dường như đã ra mắt công chúng như một phần trong loạt hệ thống vũ khí nội địa mới của Ukraine được giới thiệu gần đây.

Những thử nghiệm độc đáo của NASA trong không gian

Những thử nghiệm độc đáo của NASA trong không gian

Các thí nghiệm trên tàu con thoi vũ trụ đã chỉ ra rằng vi khuẩn Salmonella, một nguồn gây ngộ độc thực phẩm phổ biến và đôi khi gây tử vong, trở nên độc hại hơn trong không gian. Đó là nghiên cứu được thực hiện trên chuyến bay STS-115 của tàu Atlantis năm 2006 và STS-123 của tàu Endeavour hai năm sau đó...

Báo động tình trạng ma túy xâm nhập học đường

Báo động tình trạng ma túy xâm nhập học đường

Những lọ tinh dầu nhỏ gọn, mang vẻ ngoài vô hại như dung dịch thuốc nhỏ mắt hay tinh dầu thuốc lá điện tử đang trở thành lớp vỏ ngụy trang tinh vi cho các chất ma túy thế hệ mới. Không chỉ dừng lại ở việc sử dụng, mà đau lòng hơn, nhiều em học sinh còn mua bán, tàng trữ ngay trong môi trường học đường, gióng lên hồi chuông cảnh báo về tình trạng mua bán ma túy ngày càng trẻ hóa.

Hiệu quả chuyển đổi số trong công tác tuyển sinh đầu cấp

Hiệu quả chuyển đổi số trong công tác tuyển sinh đầu cấp

Những ngày gần đây, các địa phương trên cả nước đang tất bật triển khai công tác tuyển sinh đầu cấp. Với thành phố đông dân, tập trung nhiều trường học như Thủ đô Hà Nội, công tác tuyển sinh càng được chú trọng thay đổi; từ khâu đăng ký dự thi, tra cứu thông tin đến công bố kết quả triển khai đồng bộ các nền tảng trực tuyến, mang lại sự thuận tiện và minh bạch hơn cho phụ huynh, học sinh.