Robot trên thế giới: Những con rô bốt dưới nước thúc đẩy nghiên cứu

PDF.InEmail

Chuỗi bài “Robots in the World” của chúng tôi nói về tầm vĩ mô và vi mô mà rô bốt, tự động hóa và trí tuệ nhân tạo đang làm thay đổi thế giới. Chúng ta đã thấy cách con người hợp tác với rô bốt để tạo nên những bệnh viện ít đáng sợ và an toàn hơn.

Đại dương là một nơi tuyệt vời để chúng ta bắt đầu học hỏi về sự phát triển của công nghệ rô bốt. Rô bốt có thể đảm nhận rất nhiều nhiệm vụ, từ nuôi cá cho đến phân tích tàu đắm và giúp đỡ các nhà sinh thái học biển, kỹ sư nước, các nhà quy hoạch cảnh quan va thậm chí giúp cảnh sát triển khai công việc tốt hơn.

Trong phần này, chúng ta tiếp tục tìm hiểu về cách rô bốt giúp đỡ công tác nghiên cứu và khai thác biển.

Vì sao nghiên cứu biển quan trọng?

Xem đại dương như một phần của cuộc sống con người từ thuở sơ khai, thật ngạc nhiên vì chúng ta hiểu biết ít ỏi về những cơn thủy triều, môi trường và các dạng thức sống nó hỗ trợ. Năm 2013, Viện hải dương Schmidt đã báo cáo rằng chúng ta chưa từng vẽ được bản đồ hoàn chỉnh của đáy biển trên trái đất. Chỉ khoảng 5 đến 15% đáy đại dương được lập bản đồ bởi phương pháp kĩ thuật truyền thống. “Chúng ta vẫn biết nhiều thông tin về bề mặt sao Hỏa hơn là đáy biển”, ký giả môi trường Starre Vartan viết tại Mạng lưới Mẹ Thiên Nhiên”. “Hành tinh đỏ đã được lập bản đồ một cách kỹ lưỡng bởi vệ tinh quỹ đạo trong hơn 15 năm, độ phân giải bản đồ của nó là 20 mét nhưng độ phân giải đạo dương tốt nhất hiện nay ở khoảng 5 ki lô mét.

Thấu hiểu về đại dương là một nhiệm vụ to lớn, và thậm chí những nhà nghiên cứu làm việc vất vả nhất vẫn không thể thu hẹp khoảng trống kiến thức của chúng ta. Đó là lý do vì sao họ biến rô bốt thành nguồn giúp thu thập dữ liệu. Và khi nguồn dữ liệu được thu thập ngày càng tăng, những nhà nghiên cứu có thể chuyển thành người giải quyết vấn đề, giữ cho đại dương khỏe mạnh và giải quyết các vấn đề xã hội.

Rô bốt nàng tiên cá giúp nghiên cứu san hô dễ dàng hơn

Những nhà khoa học máy tính tại Đại học Stanford gần đây đã phát triển OceanOne, một rô bốt lặn hình người có thể lặn đến những xác tàu đắm cùng những rặng san hô sâu.

Rô bốt được tạo ra tạo để làm chiếc cầu nối khoảng cách giữa thợ lặn và tàu lặn sâu, Bjorn Carey ở đại học Stanford báo cáo. Sự tồn tại của tàu ngầm thiếu kỹ năng của người thợ lặn, họ không thể thu thập một cách tinh tế các mẫu và rất khó để điều khiển trừ khi bạn đã quen thuộc với cần điều khiển của họ. Các tàu ngầm dễ dàng phá vỡ các hiện vật hơn là thu thập chúng. Carey nói rằng OceanOne giống như một người cá rô bốt, với bàn tay giống người và khuôn mặt nhưng đuôi bằng pin và bộ đẩy.

Trong khi một người thợ lặn bị hạn chế bởi những điều phiền toái như không khí và áp lực khi làm các nghiên cứu dưới nước hay đào bới, một con robot có thể ở dưới nước lâu hơn, thu thập các mẫu trong môi trường nước ngầm", Mary Beth Griggs thuộc Popular Science viết.

Bà báo cáo rằng các nhà khoa học có thể cảm nhận được chính xác những gì robot đang làm, điều đó có nghĩa là họ có thể hiểu được nếu nó nắm tay phải về một hiện vật hoặc nếu nó đang vật lộn để xử lý đồ vật. Các nhà khoa học cảm thấy như họ đang lặn và giữ đồ vật, ngay cả khi họ đang đứng cách xa xác tàu hàng trăm feet.

Rô bốt cá bảo vệ và kiểm tra cảng biển

Rô bốt mô phỏng con người không phải là loại duy nhất được chế tạo để khám phá đại dương. Những động vật rô bốt đang giúp con người bảo vệ cảng biển và truy bắt tội phạm. Chẳng hạn Boston Engineering đã phát triển BIOSwimmer, một robot có hình giống con cá ngừ hoạt động như một con cá thực sự và hòa nhập vào đời sống đại dương trong khi khám phá các cảng biển, bến tàu và các tàu thủy. Con rô bốt này có thể bơi đến 46mph và được sử dụng để phát hiện hàng buôn lậu, thường được chứa trong các thân tàu. Lực cảnh vệ bờ biển cùng Hải quan và Bảo vệ Biên giới Hoa Kỳ sẽ biết chính xác cần phải tìm kiếm con tàu nào, ở đâu. Rô bốt cá ngừ có thể được trang bị thuốc nổ để ngăn chặn các cuộc tấn công khủng bố hoặc những mối đe dọa quân sự dưới nước.

Nhiều nhà phát triển sử dụng rô bốt hình cá để tiến hành các nghiên cứu. Đội ngũ ở Envirotech đã báo cáo về một con rô bốt cá khác có khả năng chống lại ô nhiễm nước. Cảm biến hóa học phát hiện ô nhiễm, gửi thông tin cho các nhà nghiên cứu. Thay vì để con người tập hợp hàng trăm mẫu, con cá robo có thể kiếm được hàng nghìn hồ sơ và vẽ ra một bức tranh tốt hơn về chất lượng nước.

Rô bốt tò mò khám phá đời sống đại dương với những đặc điểm thú vị

Một trong những sự khác biệt về chức năng giữa rô bốt và con người nằm ở tính tò mò. Một rô bốt có thể kiểm tra mẫu nước hoặc số lượng động vật nhưng con người sẽ chú ý đến những cá thể mới lạ hoặc khám phá ngoài nghĩa vụ của họ. Điều này đang bắt đầu thay đổi.

Một trong những nhóm nghiên cứu ở Viện Hải dương học Woods Hole đã bắt đầu sử dụng rô bốt “tò mò” có thể lặn với nhà nghiên cứu và chụp những bức ảnh về những thứ chúng thấy thú vị. Một rô bốt gửi lại những tấm ảnh trông như những chiếc fuzz (thiết bị căn chỉnh âm thanh của đàn guitare điện) màu đỏ trong vùng ô xi thấp, khiến các nhà nghiên cứu đưa rô bốt trở lại để tìm hiểu thêm. Các nhà khoa học phát hiện ra họ là một con cua, một thứ mà con người có thể đã bỏ lỡ nếu không có sự trợ giúp của rô bốt. Vì rô bốt trở nên tự do hơn và có thể khám phá các dị thường tò mò, những nhà nghiên cứu sẽ gửi chúng đến các nhiệm vụ từ xa. Ví dụ, Viện Nghiên cứu thủy sinh Vịnh Monterey có một đội rô bốt máy bay không người lái không bao giờ bể lốp và có thể sống sót khi cá mập cắn trong khi di chuyển trên vùng biển để thu thập dữ liệu.

Cùng với việc kiểm tra những thông số dữ liệu như độ mặn, nhiệt độ và mức độ ô xy trong nước, những chiếc máy bay không người lái này còn có thể lập bản đồ đáy biển khi chúng di chuyển.

Các tàu nghiên cứu tự trị có thể thu thập dữ liệu quanh năm

Cùng với các robot nghiên cứu tự trị quy mô nhỏ, các nhà nghiên cứu đang làm việc để tạo ra các tàu tự trị để thu thập dữ liệu và gửi lại cho các nhà nghiên cứu. Tàu Nghiên cứu Tự trị Mayflower là một ví dụ về điều này. Được phát triển tại Anh, tàu sẽ được vận hành vào năm 2020 như là tàu năng lượng sạch độc lập đầu tiên trên thế giới.

Cũng giống như sự giới hạn của thợ lặn, con người trên các tàu nghiên cứu cũng những hạn chế riêng:

• Họ chiếm không gian với giường ngủ, nhà bếp, và nhà vệ sinh.

• Họ giới hạn những gì có thể được nghiên cứu dựa trên trọng tâm của nghiên cứu.

• Họ bị giới hạn về thời gian có thể ở trên tàu trước khi cần phải trở về nhà với tổ chức và gia đình.

Với một tàu tự trị, các điểm dữ liệu vô hạn có thể được thu thập liên tục và chia sẻ với các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới.

Brett Phaneuf, giám đốc điều hành của MSubs cho biết: "Trong khi những tiến bộ trong công nghệ đã thúc đẩy sự vận chuyển trên đất liền và không trung đến những cấp độ tự trị thông minh mới, thì đây lại là một câu chuyện khác trên biển", Shuttleret Design, một nhà sản xuất du thuyền điện hợp tác với cả MSubs và Đại học Plymouth phát biểu:

"Nếu chúng ta có thể đặt một chiếc máy bay trên Sao Hỏa và tự nó tiến hành nghiên cứu, tại sao chúng ta không thể lái thuyền không người lái qua Đại Tây Dương và sau cùng, trên toàn cầu?"

Đời sống đại dương với các rô bốt bắt chước sinh vật phù du

Các nhà nghiên cứu tại Viện Hải dương học Scripps tại UC San Diego đã phát triển các robot dưới nước hoạt động như các sinh vật phù du. Mục đích là để mô phỏng các hoạt động của sinh vật phù du trong phòng thí nghiệm để hiểu rõ hơn các dòng hải lưu (và làm thế nào để các sinh vật phù du bị đẩy đi) cùng với hành vi của những sinh vật hấp dẫn này.

Viện Scripps đã triển khai một loạt 16 robot kích cỡ bằng quả bưởi ở đại dương với mục tiêu theo dõi cách chúng di chuyển và phản ứng với nhau.

Cây bút khoa học Amina Khan tại LA Times viết: "Bây giờ khi đã được chế tạo và thử nghiệm, những cảm biến nở này có thể đáp ứng mọi hình thức sử dụng . "Từ giám sát sự cố tràn dầu và thủy triều đỏ để khám phá hành vi của các sinh vật biển khác - ví dụ bằng cách nghe các tiếng gọi của cá voi hoặc bằng cách theo dõi các con vật khởi sinh như ấu trùng ở hoặc sống gần bờ và có chu kỳ sống phức tạp buộc chúng di chuyển qua đại dương theo những cách mà các nhà nghiên cứu vẫn chưa hiểu hết. "

Năng lượng sóng cung cấp nguồn năng lượng sạch và có sẵn

Khoảng 70 phần trăm thế giới được bao phủ bởi nước. Nếu chúng ta có thể tìm ra cách để khai thác năng lượng sóng thì sẽ giảm được đáng kể sự phụ thuộc hoàn toàn vào nhiên liệu hóa thạch và các nguồn tài nguyên gây tổn hại môi trường khác.

Nhóm nghiên cứu của Liquid Robotics gần đây đã phát triển Máy lướt sóng, trông giống như một tấm ván lướt hoặc bè. Robot này sử dụng năng lượng ở bề mặt đại dương và các tấm pin mặt trời để tăng sức mạnh cho cánh quạt và hệ thống đẩy. Nó di động và có thể điều hướng trong các điều kiện đại dương bao gồm bão, dòng chảy cao và tình trạng lặn gió (doldrums).

Bè này là một ví dụ khác của một tàu nghiên cứu độc lập quy mô nhỏ. Bộ cảm biến thu thập dữ liệu về các yếu tố đại dương khác nhau và gửi lại cho các nhà khoa học để hiểu rõ hơn về điều kiện và thông tin đại dương.

Máy lướt sóng không phải là công cụ duy nhất sử dụng năng lượng sóng chủ yếu. Biên tập viên của Business Greendeputy, Madeleine Cuff, viết rằng những nhà khởi nghiệp muốn phát triển san hô nhân tạo có thể thu thập được sóng biển trong khi phá vỡ các sóng có khả năng phá hoại.

"Thuyết phục các cộng đồng đảo và ven biển có cơ hội thí điểm một công nghệ năng lượng biển đắt tiền mới - đặc biệt là khi năng lượng mặt trời có thể được triển khai với chi phí giảm dần- là một trật tự cao ", cô nói. "Nhưng với lợi ích chung của việc bảo vệ bờ biển, nó bắt đầu có ý nghĩa."

Xem xét các dòng hải lưu có mật độ năng lượng cao gấp 800 lần so với gió, tiềm năng khai thác năng lượng sóng, cho dù là quyền lực của robot nghiên cứu hay giúp đỡ môi trường cũng đều rất lớn lao.

Công nghệ nuôi trồng thủy sản nuôi sống con người mà không vắt kiệt tài nguyên biển

Nhiều nhà nghiên cứu môi trường quan tâm đến việc cung cấp thực phẩm cho con người trong tương lai một cách bền vững, dẫn đến sự phát triển nuôi trồng thủy sản. Theo Brian Wang tại Next Big Future, các nhà nghiên cứu UCLA ước tính rằng có trên 11 triệu km vuông trên toàn cầu thích hợp cho nuôi cá hoặc nuôi trồng thủy sản hai mảnh. Nếu mỗi foot vuông này được phát triển cho các trang trại cá, thế giới có thể sản xuất 15 tỷ tấn cá mỗi năm, gấp 100 lần tiêu thụ thủy sản toàn cầu hiện nay.

Đương nhiên, điều này là không thể bởi vì không phải mỗi inch của đại dương có thể được chuyển thành một trang trại nuôi trồng thuỷ sản. Tuy nhiên, nếu thậm chí ba phần trăm được sử dụng để nuôi cá, nó có thể giúp các cộng đồng phụ thuộc vào các đại dương để tồn tại.

Sự gia tăng của nuôi trồng thuỷ sản đã thu hút sự chú ý của các chuyên gia công nghệ cũng như các nhà sinh vật học. Kampachi Farms đang làm việc để đẩy mạnh nuôi trồng thuỷ sản xa bờ và nuôi trồng ở đại dương mở, làm cho con người và quần thể cá địa phương an toàn hơn.

Tổ chức phát triển Velella Beta, một bể cá có diện tích 132 mét khối nối với một chiếc tàu chở rộng 65 foot. Trong khi bể cá có thể giống như trò chơi hình học của con bạn với cá nổi xung quanh bên trong, kết quả mang lại đầy hứa hẹn. Sau lần thử nghiệm đầu tiên, tỷ lệ sống sót đạt 98% khi cá đạt trưởng thành trong thời gian bằng khoảng một nửa thời gian dự kiến.

Hầu hết các nhà nghiên cứu và các nhà nghiên cứu về rôbốt đều tin rằng chúng ta chỉ là mũi của việc sử dụng robot trong đại dương. Trong vài năm tới, việc sử dụng công nghệ robot sẽ cách mạng hóa những gì chúng ta biết về các hệ sinh thái dưới nước và giúp các nhà môi trường bảo vệ sinh vật sống ở đó.

...