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

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.

Một quyết định tháo gỡ

Một quyết định tháo gỡ

Chiều 5/12/2025, với 439/443 đại biểu biểu quyết tán thành, Quốc hội đã thông qua thông Luật Giám định tư pháp sửa đổi, sẽ có hiệu lực từ ngày 1/5/2026. Luật này đã khôi phục “quyền” giám định pháp y thương tích trên người sống của các bác sĩ pháp y CAND…

Một vụ mạo danh và sự ra đời của pháp lý về danh tính

Một vụ mạo danh và sự ra đời của pháp lý về danh tính

Giữa thế kỷ XVI, tại một ngôi làng nhỏ miền Nam nước Pháp, một người đàn ông trở về sau nhiều năm mất tích và được cả cộng đồng thừa nhận là Martin Guerre. Ông được vợ chấp nhận, được gia đình đón nhận, thậm chí tham gia các tranh chấp tài sản như một chủ hộ thực sự. Chỉ có một sự thật mà không ai nhận ra trong nhiều năm: ông không phải Martin Guerre. Vụ án sau đó không chỉ là câu chuyện về một kẻ mạo danh, mà còn trở thành một trong những hồ sơ đầu tiên đặt nền móng cho tư duy pháp lý về danh tính con người - một vấn đề mà hơn 4 thế kỷ sau vẫn còn nguyên tính thời sự.

Chúng ta quá dễ bị tổn thương khi dữ liệu trở thành vũ khí

Chúng ta quá dễ bị tổn thương khi dữ liệu trở thành vũ khí

Cuộc tấn công bằng máy bay không người lái của Iran mới đây nhắm vào trung tâm dữ liệu của các hãng công nghệ lớn tại Trung Đông bất ngờ gióng lên hồi chuông cảnh báo đối với thế giới: cơ sở hạ tầng dữ liệu đã chuyển từ tài sản thương mại thành mục tiêu chiến lược.

Cuộc chạy đua tên lửa dẫn đường chính xác

Cuộc chạy đua tên lửa dẫn đường chính xác

Các cường quốc hàng đầu hiện đang bắt đầu hiểu được những thay đổi mang tính cách mạng do tiềm năng sử dụng rộng rãi các loại vũ khí chính xác tầm xa mang lại. Ở quy mô mà tên lửa chiến thuật có thể được sản xuất và triển khai hàng nghìn chiếc, tên lửa hành trình hàng chục nghìn chiếc và máy bay không người lái cảm tử tầm xa hàng triệu chiếc mỗi năm, tác động của chúng sẽ tương đương với vũ khí hạt nhân, ít nhất là ở cấp độ chiến thuật. Tất nhiên, giải pháp tối ưu sẽ luôn là sự kết hợp của cả hai, nhưng hoàn toàn có thể trong vòng 5 đến 10 năm tới, chính các loại vũ khí tầm xa, độ chính xác cao sẽ có khả năng giải quyết nhiệm vụ chính là đánh bại kẻ thù từ xa mà không cần sử dụng máy bay có người lái.

Những vũ khí mới Mỹ tấn công Iran được nâng cấp từ chính vũ khí nổi tiếng của Tehran

Những vũ khí mới Mỹ tấn công Iran được nâng cấp từ chính vũ khí nổi tiếng của Tehran

Cuộc chiến với Iran đang trở thành nơi thử nghiệm cho các loại vũ khí mới nhất của Mỹ. Quân đội Hoa Kỳ đã sử dụng một số loại vũ khí mới để thực hiện các cuộc tấn công chống lại Tehran. Chúng bao gồm tên lửa đạn đạo tầm ngắn và máy bay không người lái (UAV) tấn công giá rẻ. Loại này được Mỹ cải biên từ công nghệ UAV của Iran. Các nhà quan sát cũng phát hiện ra một biến thể mới của tên lửa hành trình phóng từ tàu chiến.

Data “nóng” lên sàn “chợ đen”

Data “nóng” lên sàn “chợ đen”

Bỗng một ngày nào đó, người ta bàng hoàng khi phát hiện hình ảnh của mình bị rao bán trên mạng với cảnh nhạy cảm, bị cắt ghép, chắp vá thành những món hàng “nóng” và bị trao đổi, mua bán như mớ rau, cân cá trên “chợ đen”. Đây là thực trạng đáng báo động, ảnh hưởng nghiêm trọng đến danh dự và nhân phẩm con người, gây ra nhiều hệ lụy xấu cho cộng đồng và xã hội...

DNA và vụ án “giết người chưa từng gặp”

DNA và vụ án “giết người chưa từng gặp”

DNA của một người vô gia cư Mỹ được tìm thấy dưới móng tay một nạn nhân bị giết, nhưng anh chưa từng gặp người đó trong đời, và từ nghịch lý này, một sự thật lộ ra: thứ được coi là bằng chứng chắc chắn nhất lại có thể đẩy một người vô tội đến sát bờ vực bị kết án.

Công nghệ kỹ thuật số tham chiến tại Trung Đông

Công nghệ kỹ thuật số tham chiến tại Trung Đông

Khi công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) và các công cụ kỹ thuật số ngày càng được sử dụng nhiều trong hoạt động quân sự, chiến sự giữa Mỹ, Israel và Iran cho thấy cách thức tiến hành chiến tranh đang thay đổi nhanh chóng. Khi dữ liệu trở thành mục tiêu và AI trở thành công cụ ra quyết định, ranh giới giữa chiến tranh truyền thống và chiến tranh công nghệ cao gần như bị xóa nhòa.

AI tái định nghĩa ưu thế quân sự?

AI tái định nghĩa ưu thế quân sự?

Mới đây, một công ty công nghệ quốc phòng Trung Quốc tuyên bố hệ thống AI của họ đã phát hiện tín hiệu từ máy bay ném bom tàng hình B-2 của Mỹ và dấu hiệu huy động quân sự nhiều tuần trước khi cuộc xung đột với Iran leo thang.

Tên lửa bí ẩn từ vũ trụ của Israel

Tên lửa bí ẩn từ vũ trụ của Israel

Việc Israel sử dụng tên lửa Blue Sparrow đã thu hút sự chú ý toàn cầu vì quỹ đạo bay bất thường, tốc độ cao và khả năng tấn công các vị trí được phòng thủ kiên cố mà không cần nhiều cảnh báo.

Vụ rò rỉ hơn 16 tỷ mật khẩu lớn nhất lịch sử

Vụ rò rỉ hơn 16 tỷ mật khẩu lớn nhất lịch sử

Hơn 16 tỷ mật khẩu và thông tin đăng nhập bị phơi bày trên không gian mạng đã tạo ra cú sốc lớn đối với giới an ninh toàn cầu. Vượt ra ngoài con số kỷ lục, vụ rò rỉ đã phơi lộ một thực tế đáng lo ngại: các lỗ hổng an ninh đang âm thầm kết nối, và chuyển hóa thành mối đe dọa có tính hệ thống.

Cuộc chiến quyền lực kỹ thuật số

Cuộc chiến quyền lực kỹ thuật số

Việc kiểm soát các tuyến cáp quang ngầm dưới biển, huyết mạch của mạng Internet toàn cầu, đã trở thành chiến tuyến mới trong cuộc chiến giành quyền lực kỹ thuật số. Trong các vùng biển tranh chấp, sức mạnh thường được coi là một màn trình diễn.

ChatGPT - vũ khí của nữ sát thủ

ChatGPT - vũ khí của nữ sát thủ

Một phụ nữ 21 tuổi ở Hàn Quốc vừa bị cáo buộc đã sử dụng phần mềm ChatGPT để giúp trả lời các câu hỏi khi cô ta lên kế hoạch cho một loạt vụ giết người khiến hai người đàn ông thiệt mạng và một người khác bất tỉnh trong giây lát.