Voi là loài động vật có vú trên cạn lớn nhất trên Trái đất, và việc hiểu rõ hơn về chúng có thể dẫn đến một số đột phá vô cùng lớn trong khoa học.

Các nhà nghiên cứu, được hỗ trợ bởi chương trình Khung về Nghiên cứu và Đổi mới sáng tạo - Horizon 2020 của Liên minh châu Âu, đang thực hiện một nghiên cứu sâu về vòi voi với mục đích cải tiến hoạt động chế tạo robot, khoa học vật liệu và sinh học.

Vòi của voi vừa khéo léo vừa chắc chắn - chúng nặng gần 300kg nhưng vẫn có khả năng cuốn lấy một ngọn cỏ rất dễ dàng. Các nhà khoa học cho rằng chính những chiếc vòi voi này là nguồn cảm hứng đáng kinh ngạc cho thế hệ robot tiếp theo.

Michel Milinkovitch, giáo sư vật lý sinh học tại Đại học Geneva, Thụy Sĩ cho biết: “Robot truyền thống hoạt động cực kỳ hiệu quả khi thực hiện một nhiệm vụ cụ thể mà chúng đã được thiết kế. Tuy nhiên, nếu bạn muốn robot đó làm điều gì đó khác biệt một chút, nó sẽ thất bại thảm hại. Nhưng sinh vật sống lại khác. Chúng đã được tối ưu hóa để có khả năng linh hoạt cao.”

Từ những chuyển động đơn giản đến những quỹ đạo phức tạp

Trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Current Biology, thí nghiệm của giáo sư Milinkovitch đã giải thích cách voi có thể di chuyển chiếc vòi của chúng với mức độ tự do gần như vô hạn, kết hợp với khoảng 20 chuyển động cơ bản để thực hiện các thao tác phức tạp hơn.

Nhờ vào công nghệ được lấy từ ngành công nghiệp điện ảnh, các nhà nghiên cứu của Đại học Geneva đã có thể tiến hành chụp và phân tích chuyển động của vòi voi khi chúng nhặt các vật thể có nhiều hình dạng, kích thước khác nhau ở độ phân giải cao.

Nhóm nghiên cứu đã đặt các điểm đánh dấu phản chiếu dọc theo vòi của hai con voi châu Phi, sau đó thiết lập camera hồng ngoại xung quanh chúng để ghi lại chuyển động và đo quỹ đạo của vòi theo không gian ba chiều.

Giáo sư Milinkovitch nói với CNN: “Voi có những chuyển động đơn giản và chúng có thể kết hợp những chuyển động đơn giản này thành các quỹ đạo phức tạp. Chúng có thể thích nghi với đồ vật mà bạn đưa cho chúng.”

Voi sử dụng lực hút để cắp lấy những vật nhẹ. Nhưng để nhặt những thứ nặng hơn, chúng sử dụng lực hút để cố định vị trí của đồ vật, sau đó sử dụng vòi để bám và nâng đồ vật. Nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng voi có thể hình thành “những khớp giả” với vòi của chúng, tương tự như cấu trúc của khuỷu tay và cổ tay của con người.

Nhà vật lý sinh học Milinkovitch nói: “Voi có sự kiểm soát rất tốt đối với phần co lại của vòi. Không phải toàn bộ cái vòi dài ra hay ngắn lại mà là từng phần, tùy thuộc vào những gì con voi đang làm.”

Các nhà nghiên cứu cũng thực hiện chụp cắt lớp CT và MRI trên vòi của một con voi đã chết và sử dụng máy ảnh có độ phân giải cao để tạo ra mô hình 3D của chiếc vòi, cho phép họ hiểu rõ hơn về mặt giải phẫu các nhóm cơ, da, các mô liên kết của voi.

Ý tưởng về những cánh tay robot "mềm"

Dữ liệu nghiên cứu sẽ được áp dụng để thiết kế một cánh tay robot “mềm.”

Ý tưởng này đang được phát triển cùng với các nhà nghiên cứu từ Trung tâm nghiên cứu khoa học Istituto Italiano di Tecnologia ở Pontedera, Italy; Đại học chuyên về khoa học ứng dụng Scuola Superiore Sant'Anna de Pisa’ Đại học Hebrew của Jerusalem cũng như hợp tác với công ty in ấn 3D Photocentric.

Giáo sư Milinkovitch nói: “Đó là một mô hình mới trong lĩnh vực người máy. Ý tưởng mới là thay vì sử dụng các đoạn kim loại được kết nối bằng các khớp nối, chúng tôi sử dụng các vật thể chuyển động được làm bằng vật liệu dẻo.”

Các nhà khoa học cho biết việc sao chép giải phẫu tự nhiên là điều không thể, nhưng họ dự định sử dụng dữ liệu về chuyển động của vòi voi để tạo ra các chuyển động linh hoạt tương tự trong robot. Lucia Beccai, điều phối viên khoa học của Dự án Proboscis do EU hỗ trợ, nói với CNN rằng họ dự định sẽ đưa ra sản phẩm thử nghiệm trong khoảng một năm.

Beccai, nhà nghiên cứu cấp cao tại Trung tâm nghiên cứu khoa học Istituto Italiano di Tecnologia, cho biết: “Dữ liệu thu được này là vô cùng đặc biệt. Tuy nhiên, việc cần nỗ lực thực hiện bây giờ là làm sao để chuyển đổi dữ liệu sinh học thành thông số kỹ thuật mà không cần phải sao chép cơ quan tự nhiên. Chúng tôi cần rút ra một số nguyên tắc đơn giản hóa có thể làm cho hành vi đủ đơn giản để trở nên hiệu quả và có thể thích ứng với những thay đổi.”

Dự án cũng đang thúc đẩy những tiến bộ trong khoa học vật liệu, khi các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại vật liệu mới mô phỏng các đặc tính hữu ích của da voi và có thể được in 3D cho các nguyên mẫu robot. Beccai cho biết thêm rằng các vật liệu và công nghệ mới sẽ được thương mại hóa cho nhiều mục đích sử dụng.

Nhóm nghiên cứu hình dung những cánh tay robot “mềm” mà họ đang tạo ra sẽ có thể hoạt động trên dây chuyền sản xuất của nhà máy, được sử dụng cho các hoạt động tìm kiếm và cứu hộ, hoặc thậm chí được sử dụng trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe để nâng đỡ, hỗ trợ bệnh nhân cao tuổi.