Máy bay không người lái lặn như chim ó biển và nhảy vọt như cá chuồn

Chim ó biển là loài chim biển lớn nhất. Chúng thường sinh sống ở khu vực phía Bắc Đại Tây Dương và săn cá bằng cách lao từ trên không trung xuống biển với tốc độ lên đến 60 dặm một giờ. Trong khi đó, cá chuồn - loài cá duy nhất có khả năng “bay” trên mặt đại dương - lại có khả năng thực hiện những bước nhảy vọt lên khỏi mặt nước và lao lên không trung nhờ sở hữu bộ vây - giống - như - đôi - cánh, giúp chúng bay lướt trên mặt nước với khoảng cách được duy trì ở mức đáng kể.

Nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Hoàng gia Luân Đôn, Anh cho biết họ chế tạo thiết kế mới dựa trên cảm hứng từ những hành vi của nguyên mẫu rô bốt AquaMAV được chế tạo trước đó. AquaMAV được thiết kế để có thể sử dụng để thu thập các mẫu nước biển khi thực hiện giám sát chất lượng nước ở các hồ chứa hay đo sự thay đổi độ mặn của nước, từ đó, đánh giá những tác động của biến đổi khí hậu.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu thường phải sử dụng thuyền để thu thập mẫu nước. AquaMAV được đánh giá là phương pháp thay thế nhanh chóng, hiệu quả và tiết kiệm chi phí hơn so với các phương pháp thông thường. Bên cạnh đó, rô bốt còn được đào tạo và vượt qua được những bài kiểm tra để có thể đối phó với nhiều tình huống, hoạt động trên nhiều địa hình nguy hiểm như trong vùng thảm họa hoặc địa điểm khó tiếp cận như đáy đại dương.

Một trong những đặc điểm hạn chế của các rô bốt bay có cấu tạo nhỏ là khả năng thực hiện di chuyển từ môi trường nước sang không khí. Trong nghiên cứu mới, các chuyên gia đã khắc phục được hạn chế này với với thiết kế mô phỏng hành vi bay vọt lên khỏi mắt nước của loài cá chuồn.

Bên trong AquaMAV có chứa cacbon điôxít, nhờ đó, nó có thể thực hiện được những bước nhảy vọt mạnh mẽ từ mặt nước lên không trung. Trong quá trình bay lượn, đôi cánh được thiết kế giống vây của cá chuồn giúp nó bay lượn trên không trung giống như cách loài cá này bay.

Rô bốt có trọng lượng 200 gram và tốc độ nhảy vọt từ mặt nước lên không trung đạt khoảng 30 dặm/giờ. Đặc biệt, nó có thể thực hiện những bước nhảy vọt lên không trung thậm chí trên cả những địa hình có bề mặt thô ráp nhất. Theo một phân tích, các nhà nghiên cứu cho biết AquaMAV hiện có thể duy trì quãng đường bay khoảng 5 cây số. Phạm vi bay trên không cho phép quá trình phân tích mẫu được thực hiện với khoảng cách an toàn, đặc biệt là trong những tình huống nguy hiểm.

Nghiên cứu được tài trợ bởi Hội đồng Nghiên cứu Kỹ thuật và Khoa học Vật lý và được công bố trên tạp chí Interface Focus.

TS. Mirko Kovac, Giám đốc Trung tâm Thí nghiệm Rô bốt trên không, Cục Hàng không Hoàng gia, cho biết: "Trong những trường hợp khẩn cấp mà điển hình là tai nạn rò rỉ dầu nghiêm trọng trên biển, AquaMav sẽ bay và lặn xuống vùng biển nơi mà nó có nhiệm vụ thu thập mẫu hoặc di chuyển xung quanh và ghi lại dữ liệu môi trường. Tiếp đó, nó lại nhào lên mặt nước và quay lại địa điểm bắt đầu để phân tích dữ liệu vừa thu thập được. Phương pháp sử dụng rô bốt mới được đánh giá là nhanh chóng, đáp ứng các mục tiêu đề ra, do đó, hiệu quả hơn so với các phương pháp thông thường khác”.

Nhiều nghiên cứu trước đây đã chứng minh tính hiệu quả của việc lấy mẫu nước bằng cách sử dụng máy bay không người lái với cánh quạt đa quay lớn. Tuy nhiên, phương tiện này tỏ ra phức tạp hơn với hệ thống cảm biến và điều khiển có tính chính xác cao giúp nó bay được liên tục trong không trung, trong khi tàu thăm dò mẫu nước hạ xuống mặt biển một cách cẩn thận để thu thập mẫu nước biển.

Nhóm nghiên cứu cho rằng với lợi thế là cấu tạo nhỏ gọn cùng cánh cố định, AquaMAV có khả năng di chuyển nhanh hơn và duy trì khoảng cách dài hơn so với các thiết kế tương tự khác. Cách thức lặn mô phỏng hành vi của chim ó biển giúp kiểm soát, gia tăng độ chính xác. Điều này có nghĩa là việc sản xuất AquaMAV sẽ là giải pháp hiệu quả nếu xét về mặt chi phí.

Rob Siddall - tác giả chính của nghiên cứu bổ sung: "Chúng tôi rất hào hứng với nguyên mẫu AquaMAV. Chúng tôi tin mình có thể khắc phục được vấn đề về mật độ năng lượng vốn được coi là thử thách trong quá trình thực hiện động tác nhảy vọt từ mặt nước biển lên không trung đối với máy bay không người lái nhỏ gọn. Thông qua kiểm tra chất lượng của hành vi lặn của chim ó biển và hành vi nhảy của cá bay, chúng tôi có thể chế tạo ra một máy bay không người lái với nhu cầu điều khiển ít hơn, biến nó trở nên mạnh mẽ hơn và có giá thành phải chăng, hợp lý hơn".

Các nhà nghiên cứu hiện đang trong quá trình tìm kiếm hợp tác với các nhà hải dương học để tiến tới thực hiện những thử nghiệm trong giai đoạn tiếp theo nhằm triển khai sử dụng rô bốt trong nhiều tình huống khác nhau, kiểm tra sức chịu đựng của rô bốt trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt, nhiều sóng, gió cũng như kiểm tra đặc điểm vật lý của hành vi lặn xuống mặt nước biển với tốc độ cao. Một hệ thống động cơ đẩy bổ sung cũng đang được phát triển để AquaMAV có thể hoạt động hoàn toàn dưới nước, trong thời gian dài như tàu ngầm.

P.K.L-NASATI (Theo Imperial)