Nhờ thế, chúng ta đã thu về vô vàn những thông tin quý giá. Song, bánh xe của robot cũng có những hạn chế, chúng sẽ chỉ lún sâu thêm khi mắc kẹt trong cát chứ không thể thoát ra được. Một hạn chế nữa là chúng khó lòng di chuyển ở những nơi gồ ghề; khi địa hình quá dốc, chúng có nguy cơ trượt bánh và lật xe. Vậy làm sao chế tạo ra một con robot tự hành không cần bánh xe và có thể luồn lách tại những nơi hiểm trở? Câu hỏi này đã khiến nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm động cơ phản lực của NASA trăn trở. Và rồi, họ đã nghĩ ra một khuôn mẫu lý tưởng từ thế giới tự nhiên: rắn - một loài bò sát linh hoạt có thể trườn qua bất kỳ địa hình và chướng ngại vật nào.
Sự ra đời của robot rắn EELS Ý tưởng đã có, song việc bắt tay vào thiết kế ra một robot lý tưởng như vậy không hề là công việc dễ dàng. Nhóm nghiên cứu đã phải lặp lại nhiều lần công việc thiết kế và thử nghiệm ròng rã nhiều ngày tháng, để rồi gặt hái thành quả là một con robot có khả năng thích ứng cao. Được đặt tên là EELS(viết tắt của Exobiology Extant Life Surveyor: Khảo sát sự sống tồn tại ngoài vũ trụ), con robot rắn này có thể chọn ra một lộ trình an toàn để đi qua một loạt các địa hình đa dạng trên Trái đất, Mặt trăng, và hơn thế nữa, dù cho đó là những vùng đất phủ cát hay băng giá mấp mô, những vách đá dựng đứng, miệng núi lửa quá dốc để xe tự hành đi xuống, các hang động dung nham, và những không gian như mê cung bên trong lòng sông băng.
Anh Matthew Robinson làm việc tại Phòng thí nghiệm động cơ phản lực của NASA, cũng là người quản lý dự án EELSchia sẻ: “Robot rắn có khả năng đi tới những địa điểm mà các con robot khác không thể tiếp cận được. Đúng là có một số loại robot chuyên đi vào một số kiểu địa hình nhất định, song ý tưởng của chúng tôi khi tạo ra EELS là nó có thể đi tới bất cứ nơi đâu. Khi định tiến vào một địa điểm mà bạn không biết mình sẽ tìm cái gì, vậy bạn sẽ muốn cử đi một con robot linh hoạt, nhận biết được rủi ro, đã được chuẩn bị cho những tình huống bất định – và nhất là tự nó có thể ra quyết định”.
Nhóm dự án bắt đầu xây dựng mẫu thử đầu tiên vào năm 2019 và kể từ đó họ liên tục sửa đổi. Từ năm ngoái, tháng nào họ cũng tiến hành thử nghiệm ngoài thực địa và tinh chỉnh cả phần cứng lẫn phần mềm để EELS có thể hoạt động độc lập. Phiên bản robot rắn hiện nay được gọi là EELS 1.0, nặng khoảng 100kg và dài 4m. Nó bao gồm 10 khúc giống nhau có thể xoay được nhờ sử dụng đai ren để tạo lực đẩy, lực kéo và lực bám. Nhóm nghiên cứu đã thử dùng các loại đai khác nhau: đai ren nhựa in 3D màu trắng (đường kính 20cm) để chạy thử trên địa hình rời rạc, và đai ren kim loại đen sắc cạnh và hẹp hơn để di chuyển trên bề mặt băng.
Robot rắn đã được đưa ra thử nghiệm trong các môi trường sa mạc, tuyết phủ và băng giá, từ Bãi mô phỏng địa hình sao Hỏa tại Phòng thí nghiệm NASA cho tới “sân chơi robot” tại một khu trượt tuyết trên những ngọn núi tại Nam California, thậm chí tại một sân trượt băng trong nhà ở địa phương.
“Chúng tôi có một triết lý khác đối với việc phát triển robot so với xe tự hành vũ trụ truyền thống, với rất nhiều vòng chạy thử và sửa đổi nhanh chóng”, nghiên cứu viên chính Hiro Ono tại Phòng thí nghiệm cho biết. “Có hàng chục cuốn sách giáo khoa dạy ta cách thiết kế một chiếc xe bốn bánh, song chẳng có cuốn sách nào bàn về cách thiết kế ra một con robot rắn tự chủ, mạnh dạn đi vào những nơi mà không con robot nào từng đến trước đây. Chúng tôi phải tự mình viết ra cuốn sách đó thôi. Đó là điều mà nhóm hiện đang tiến hành”.
Robot rắn EELS suy nghĩ và di chuyển như thế nào?Do việc truyền đạt mệnh lệnh giữa Trái đất và vũ trụ có độ trễ về thời gian, nên các nhà nghiên cứu đã thiết kế sao cho EELS có thể tự động cảm nhận môi trường, tính toán rủi ro, di chuyển và thu thập dữ liệu bằng các công cụ khoa học. Khi có sự cố xảy ra, mục tiêu là robot có thể tự phục hồi mà không cần con người trợ giúp.
“Bạn hãy hình dung ra một chiếc ô tô tự lái trên một khu vực không có biển báo dừng, không có đèn giao thông, thậm chí tới đường đi lối lại cũng không có luôn. Robot rắn sẽ phải tự vẽ ra một con đường và cố gắng đi theo nó. Sau đó, nó sẽ cần đi xuống con dốc dài hơn 30m mà không rơi thẳng xuống”, anh Rohan Thakker, người phụ trách phần tự chủ của robot cho biết.
EELSsẽ tạo ra một bản đồ 3D về môi trường xung quanh bằng cách sử dụng bốn cặp camera ba chiều và lidar, nó tương tự radar nhưng sử dụng các tia hồng ngoại ngắn thay vì sóng vô tuyến. Nhờ dữ liệu thu được từ những cảm biến này, thuật toán định hướng sẽ giúp robot tìm ra con đường an toàn nhất để tiến lên phía trước. Mục tiêu là tạo ra thư viện về “chuyển động” hoặc cách robot có thể di chuyển khi gặp phải những thách thức trên địa hình, từ bò hình chữ S như rắn sang trườn xoáy, một động tác mà nhóm gọi là “quả chuối”.
Trong hình dạng cuối cùng, con robot này sẽ có 48 bộ truyền động (các động cơ nhỏ) để có thể di chuyển theo nhiều hình thù, nhưng điều này lại tăng thêm độ khó cho cả nhóm phụ trách phần cứng và phần mềm. Các bộ truyền động này có tác dụng như bánh lái. Nhiều cái trong số đó có cảm biến lực mô men xoắn tích hợp, tác dụng giống như lớp da để EELS cảm nhận được lực mà nó tác động lên địa hình. Điều này giúp nó di chuyển theo chiều thẳng đứng trong các đường dốc hẹp có địa hình mấp mô, nó sẽ tạo lực đẩy lên bức tường đối diện để di chuyển giống như một nhà leo núi.
Năm ngoái, nhóm phát triển EELSđã cho “đứa con tinh thần” của mình thách thức những không gian hiểm trở như thế. Họ hạ phần đầu cảm biến của con robot (phần chứa camera và lidar) xuống một hố băng thẳng đứng ở sông băng Athabascatại dãy núi Rocky của Canada. Vào tháng chín, họ quay lại địa điểm này, một nơi có nhiều điểm tương đồng với các mặt trăng băng giá trong hệ mặt trời của chúng ta, với một phiên bản robot được thiết kế để thử nghiệm chuyển động dưới bề mặt. Nhóm nghiên cứu thả một bộ cảm biến nhỏ để theo dõi các đặc tính vật lý và hóa học của sông băng, như vậy EELS có thể đi tới những địa điểm hẻo lánh.
Anh Robinson nói: “Cho tới nay, chúng tôi chỉ tập trung vào khả năng tự hành và tính di động của robot rắn, nhưng cuối cùng chúng tôi sẽ xem xét những công cụ khoa học thích đáng để tích hợp vào EELS. Các nhà khoa học chỉ cần cho biết địa điểm cần tới, họ đang hướng tới những mục tiêu nào, và chúng tôi sẽ cung cấp một con robot đi vào những nơi đó và lấy được thứ họ cần. Bằng cách nào ư? Giống như một dự án khởi nghiệp vậy, chúng tôi cứ xây dựng thôi”.