Cheetah, chú robot bốn chân có khả năng thực hiện một loạt các động tác thể dục phức tạp, là sáng tạo mới nhất của các nhà nghiên cứu Viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Anh bạn nhỏ này có thể gập, duỗi và đung đưa chân, cho phép nó di chuyển lên-xuống-trái-phải một cách vô cùng linh hoạt. Nó có thể chinh phục hầu hết các địa hình đi bộ gồ ghề với tốc độ gấp đôi so với người bình thường.
Với cân nặng khoảng 20 pound, nhẹ hơn cả gà tây, chú robot này không dễ bị hạ gục: nó có thể bật dậy sau khi bị ngã, hay tung ra những cú lắc như thế võ kung-fu.
Nhưng điều ấn tượng nhất, có lẽ là cú nhảy lộn ngược 3600. Các kỹ sư thiết kế miêu tả nó “gần như không thể bị phá hủy”, có thể phục hồi với những tổn thương nhỏ ngay cả khi cú lộn ngược không thành công.
Cheetah được thiết kế theo kiểu module: mỗi cái chân là một mô-tơ điện riêng biệt, chi phí thấp có thể thay thế và tháo rời khi cần thiết. “Bạn có thể tháo lắp nó như chơi Lego vậy”, kỹ sư Benjamin Katz, thuộc khoa Kỹ sư Cơ học cho biết.
Cấu trúc linh hoạt
Cheetah 3, tiền thân của bản mini cheetah, có một cấu trúc to, nặng và khá phức tạp với các cấu kiện đắt tiền.
“Cheetah 3 là một robot siêu tích hợp, do đó nếu muốn thay đổi bất cứ thứ gì thì phải thay đổi một loạt thiết kế liên quan. Trong khi đó, mini cheetah cho phép thêm vài cái chân một cách dễ dàng như chơi trò lắp ghép”, Katz cho biết.
Kỹ sư MIT đã thiết kế lại bằng cách cấu hình lại các bộ phận động cơ nhỏ, có sẵn trên thị trường thường được sử dụng trong máy bay không người lái (drones) và máy bay điều khiển từ xa.
Mỗi chú mini cheetah có kích thước chỉ bằng một lọ mứt cỡ lớn. Mỗi cái chân được gắn ba mô-tơ cho phép chuyển động linh hoạt. Thiết kế nhỏ nhẹ, mô-men xoắn cao, quán tính thấp cho phép robot thực hiện các thao tác nhanh, năng động và tạo ra các lực tác động mạnh trên mặt đất mà không làm vỡ hộp số hoặc tay chân.
“Tốc độ thay đổi lực rất nhanh. Khi chạy, các chân của nó chỉ chạm đất khoảng 150 mili giây. Trong thời gian đó, máy tính sẽ truyền thông tin để nó tăng lực lên các chân, thay đổi trọng tâm, rồi giảm lực rất nhanh để nhấc lên. Do đó nó có thể thực hiện các động tác như nhảy mỗi bước đi, hay chạy nhanh. Hầu hết các loại robot hiện không làm được điều này, nên di chuyển khá chậm”, Katz cho biết.
Khả năng lật
Các kỹ sư đã test thử mô hình tại phòng thí nghiệm MIT và trên mặt sân không bằng phẳng bên ngoài trời. Ở cả hai môi trường, robot di chuyển khoảng 5 dặm/giờ. Các khớp nối của nó có thể xoay tròn nhanh hơn ba lần với số lượng mô-men xoắn gấp đôi. Katz ước tính mini cheetah có thể chạy nhanh gấp đôi với một chút điều chỉnh.
Nhóm nghiên cứu đã viết một chương trình điều khiển để khảo nghiệm xem robot có thể căng, vặn đa hướng như trong các tư thế yoga, hay xoay các chi và khớp trong khi giữ thăng bằng. Họ cũng lập trình để nó có thể phục hồi khi bị tác động không mong muốn như bị đá sang bên. Nếu bị rơi xuống đất nó sẽ tự ngắt điện. “Đây là giả định cho trường hợp tai nạn tồi tệ xảy ra, do đó giải pháp tốt nhất là ngắt điện và mặc kệ các chi bay đâu thì bay”, Katz giải thích.
Khi nhận tín hiệu khởi động lại, đầu tiên nó sẽ xác định phương hướng, sau đó lấy đà hoặc gập khỉu để đứng dậy bằng cả bốn chân.
Trong quá trình nghiên cứu, nhóm đặt ra câu hỏi liệu robot này có thể thực hiện các động tác khó đến thế nào. Do đó, họ đã lập trình cú nhảy lộn ngược.
Nhóm đã xây dựng một chương trình tối ưu hóa kết hợp động lực học, cơ cấu chấp hành và chỉ định một quỹ đạo để robot bắt đầu theo một hướng nhất định từ bên phải và cuối cùng lật 3600. Chương trình giải quyết tất cả các điểm cần được áp dụng cho từng khớp, từng động cơ riêng lẻ và tại mỗi khoảng thời gian giữa bắt đầu – kết thúc để thực hiện cú nhảy lộn ngược.
“Thật kinh ngạc là ngay từ lần đầu tiên nó đã làm được”, Katz cho biết. “Nếu cheetah 3 thực hiện động tác này, nó sẽ vỡ nát. Nhưng mini cheetah có thể làm được ngay cả trên mặt bàn.”
Hiện tại, nhóm nghiên cứu MIT đang nghiên cứu các hoạt động có độ khó cao hơn nữa. Katz chia sẻ, “Chúng tôi đang thử nghiệm một ý tưởng về một robot có khả năng tiếp đất an toàn nếu bị tung lên cao. Thử tưởng tượng bạn ném một con qua cửa kính tòa nhà và nó sẽ giúp bạn khám phá thế giới bên trong. Thật thú vị!”
Hương Giang dịch (Theo MIT News)
