Trung Quốc phát triển ‘da điện tử’ giúp robot có xúc giác như con người
Các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Công nghệ Tiên tiến, Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) vừa phát triển thành công một loại "da điện tử" mềm dẻo có khả năng cảm nhận đồng thời áp lực, hướng tác động và nhiệt độ.
Được chế tạo từ vật liệu sinh học có nguồn gốc từ rơm rạ và phế phẩm nông lâm nghiệp, công nghệ mới không chỉ giúp robot "cảm nhận" thế giới xung quanh giống con người hơn mà còn mở ra triển vọng ứng dụng trong xe điện thông minh, nhà ở thông minh và chăm sóc sức khỏe.
Robot có thể "cảm nhận" nóng lạnh, lực tác động và hướng tiếp xúc nhờ da điện tử
Trong nhiều năm qua, thị giác nhân tạo đã giúp robot nhận diện khuôn mặt, vật thể hay môi trường xung quanh với độ chính xác ngày càng cao. Tuy nhiên, khả năng cảm nhận xúc giác, yếu tố quan trọng giúp con người phân biệt nóng, lạnh, nhẹ, nặng hay lực va chạm, vẫn là một trong những thách thức lớn của ngành robot.
Nhóm nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Công nghệ Tiên tiến thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) vừa công bố một bước tiến đáng chú ý khi phát triển thành công loại da điện tử mềm dẻo có khả năng cảm nhận đa chiều.
Theo ông Thường Tử Hiên (Chang Zixuan), trưởng dự án da điện tử, sản phẩm được tích hợp các cảm biến áp suất linh hoạt với mật độ điểm cảm biến siêu nhỏ dày đặc trên bề mặt. Kết hợp cùng mô hình trí tuệ nhân tạo (AI), hệ thống có thể đồng thời nhận biết nhiều tín hiệu xúc giác khác nhau, bao gồm cường độ lực tác động, hướng của lực cũng như sự thay đổi nhiệt độ.
Điểm nổi bật của công nghệ nằm ở việc toàn bộ các cảm biến được tích hợp vào một lớp màng siêu mỏng, có độ dày chỉ khoảng 0,1 mm. Nhờ cấu trúc mềm và linh hoạt, lớp da điện tử có thể ôm sát nhiều bề mặt có hình dạng phức tạp, từ khuôn mặt, cánh tay, bàn tay của robot hình người đến các thiết bị có thiết kế đặc biệt.
Điều này giúp robot không chỉ "nhìn thấy" mà còn có thể "cảm nhận" khi tiếp xúc với con người hoặc các vật thể xung quanh. Theo nhóm nghiên cứu, để biến nguyên mẫu trong phòng thí nghiệm thành sản phẩm có khả năng thương mại hóa, họ đã phải giải quyết đồng thời ba thách thức lớn.
Thứ nhất là phát triển vật liệu vừa mềm dẻo vừa bền bỉ để có thể hoạt động trong thời gian dài.
Thứ hai là xây dựng quy trình gia công chính xác nhằm bố trí hàng nghìn điểm cảm biến trên diện tích rất nhỏ mà vẫn đảm bảo hiệu suất.
Thứ ba là tối ưu hệ thống thu thập và xử lí tín hiệu để cung cấp dữ liệu xúc giác chất lượng cao phục vụ quá trình huấn luyện các mô hình AI.
Nhóm nghiên cứu đã tự phát triển màng polyurethane làm vật liệu nền và lớp bao bọc, giúp tăng đáng kể khả năng chống mài mòn cũng như tuổi thọ của sản phẩm.
Từ rơm rạ đến công nghệ cao, mở rộng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
Một trong những điểm đặc biệt nhất của công nghệ này là nguyên liệu chế tạo. Theo ông Thường Tử Hiên, thành phần cốt lõi của lớp da điện tử được sản xuất từ vật liệu sinh học thân thiện với môi trường, có nguồn gốc từ rơm rạ và các phế phẩm nông lâm nghiệp.
Việc tận dụng nguồn nguyên liệu tái tạo không chỉ góp phần giảm chi phí sản xuất mà còn mang ý nghĩa về phát triển bền vững, biến các phụ phẩm nông nghiệp vốn thường bị đốt bỏ hoặc xử lí tốn kém thành vật liệu phục vụ ngành công nghệ cao. Nhờ đó, sản phẩm có lợi thế đáng kể về giá thành.
Theo nhóm nghiên cứu, một cảm biến xúc giác có kích thước tương đương lòng bàn tay hiện có giá khoảng 1.000 nhân dân tệ, thấp hơn nhiều so với nhiều loại cảm biến xúc giác tiên tiến đang được phát triển trên thế giới. Hiện công nghệ đang được thúc đẩy để sớm đưa vào sản xuất và thương mại hóa.
Trong lĩnh vực robot hình người, da điện tử được kì vọng sẽ trở thành lớp "xúc giác" bổ sung cho hệ thống thị giác. Trong thực tế, camera có thể bị hạn chế khi robot tiếp xúc ở khoảng cách quá gần hoặc xảy ra các điểm mù trong quan sát. Lúc này, lớp da điện tử sẽ giúp robot nhanh chóng phát hiện va chạm với con người hoặc chướng ngại vật, từ đó điều chỉnh lực tiếp xúc nhằm bảo đảm an toàn trong quá trình tương tác.
Khả năng cảm nhận chính xác lực tác động cũng giúp robot thực hiện tốt hơn các công việc đòi hỏi sự khéo léo như cầm nắm đồ vật dễ vỡ, hỗ trợ người cao tuổi hoặc chăm sóc bệnh nhân. Ngoài robot, nhóm nghiên cứu còn hướng tới nhiều lĩnh vực ứng dụng khác.
Trong ngành ô tô, da điện tử có thể được tích hợp vào khoang lái thông minh của xe năng lượng mới để theo dõi tư thế ngồi của người lái và hành khách, từ đó nâng cao mức độ an toàn cũng như tối ưu trải nghiệm sử dụng.
Đối với nhà thông minh, công nghệ này có thể được tích hợp vào giường, ghế hoặc các thiết bị nội thất nhằm theo dõi tư thế ngồi, tư thế ngủ và một số chỉ số sức khỏe mà không cần người dùng phải đeo thiết bị cảm biến. Các dữ liệu thu thập được sẽ hỗ trợ những hệ thống chăm sóc sức khỏe tại nhà, đặc biệt trong lĩnh vực chăm sóc người cao tuổi và quản lí sức khỏe từ xa.
Sự kết hợp giữa vật liệu sinh học, cảm biến siêu mỏng và trí tuệ nhân tạo cho thấy robot trong tương lai sẽ không chỉ ngày càng thông minh hơn về khả năng nhận thức mà còn tiến gần hơn đến việc sở hữu những giác quan giống con người. Đây được xem là một bước tiến quan trọng trong quá trình phát triển robot thế hệ mới có thể làm việc an toàn, linh hoạt và hiệu quả trong môi trường sống hàng ngày.
