Kỹ sư MIT phát minh robot "đột biến", có thể mở đường cho dòng drone chưa từng thấy trên thế giới

Các kỹ sư tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ tại Lausanne (EPFL) vừa công bố robot vừa biết bay-biết lặn nặng chưa tới 300 gram, dài khoảng nửa mét, có khả năng lặn sâu dưới nước rồi tự vọt thẳng lên không trung để cất cánh bay chỉ bằng một đôi cánh đập duy nhất.

Nghiên cứu mang tính đột phá này vừa xuất hiện trên tạp chí khoa học danh giá Science năm 2026, mở ra hướng đi hoàn toàn mới cho các phương tiện khảo sát môi trường.

Trong thế giới tự nhiên, các loài chim lặn, mòng biển, hải âu mỏ sừng và chim báo bão Wilson là bốn trong số 100 loài chim có khả năng vừa bay vừa bơi.

Những loài chim lặn này có thể lao xuống nước để bơi đuổi theo con mồi, rồi bật ngược lên không trung để bay đi - bất chấp quy luật vật lý khi nước đặc và nặng hơn không khí tới 800 lần trong điều kiện tiêu chuẩn.

Lấy cảm hứng từ những "phi công" sống dưới nước tự nhiên này, các kỹ sư tại EPFL và MIT đã thiết kế một robot có thể bơi dưới nước và vỗ cánh lên khỏi mặt nước để tiếp tục bay trong không trung, giống như các loài chim lặn.

Phát minh tạo nền móng cho dòng drone hoàn toàn mới

Chiếc phương tiện kết hợp không - thủy vỗ cánh này chỉ nặng chưa đầy 300 gram. Nhiệm vụ chính của nó là giúp các nhà khoa học giải mã cơ chế cơ học giúp loài chim lặn làm chủ cả hai môi trường nước và không khí.

Robot có cấu tạo gồm phần thân chính, hai cánh linh hoạt có thể vỗ liên tục và một chiếc đuôi có thể điều chỉnh hướng. Cả cánh và đuôi đều có thể tháo lắp để thay đổi kích thước.

Qua các thử nghiệm trong bể nước và ngoài hồ tự nhiên, các kỹ sư đã tìm ra "công thức vàng" kết hợp giữa kích thước cánh, tần số vỗ và góc nghiêng của đuôi. Nhờ đó, robot có thể chuyển trạng thái vô cùng mượt mà: từ bơi dưới nước, rẽ sóng nhô lên, cho đến cất cánh bay lên không trung.

Kết quả nghiên cứu không chỉ giúp giới khoa học hiểu rõ hơn cách chim lặn thích nghi với hai môi trường có đặc tính vật lý hoàn toàn khác biệt; hỗ trợ con người giả mã những bí mật của đại dương, mà còn đặt nền móng cho một dòng drone (thiết bị bay không người lái) thế hệ mới.

Các nhà nghiên cứu kỳ vọng những chiếc robot vỗ cánh này sẽ đảm nhận nhiệm vụ thu thập mẫu vật tại các vùng biển nguy hiểm, nơi các tàu khảo sát truyền thống khó lòng tiếp cận.

"Tầm nhìn mơ ước của chúng tôi là các nhà đại dương học, sinh vật học biển hay cộng đồng vùng ven biển có thể thả con robot này từ thuyền hoặc từ bờ. Nó sẽ tự bay đến khu vực cần khảo sát - như một tảng băng trôi, cơ sở hạ tầng cảng biển.

Robot sẽ lặn xuống nước để đo đạc hoặc lấy mẫu, rồi lại cất cánh bay về bàn giao dữ liệu với chi phí rẻ hơn rất nhiều so với phương pháp truyền thống" - Raphael Zufferey, tác giả chính của nghiên cứu, cựu nghiên cứu sinh EPFL và hiện là Trợ lý Giáo sư Kỹ thuật Cơ khí tại MIT, chia sẻ.

Cơ chế bay độc đáo: Cặp cánh kỵ nước từ nano

Được thiết kế dựa trên sinh học chuyển động của loài chim, robot sở hữu cặp cánh mỏng phủ lớp hạt nano kỵ nước giúp đẩy nước tức thì.

Bên trong thân chứa pin và một mô-tơ điện chống nước nối với trục khuỷu, giúp dập cánh lên xuống theo tần số thiết lập sẵn. Phần đuôi gắn mô-tơ riêng, cho phép thay đổi góc nghiêng để điều khiển robot hướng lên hoặc lặn xuống.

Đội ngũ nghiên cứu đã thử nghiệm ban đầu trong một bể nước nhỏ tại EPFL, sau đó đưa robot ra thử sức tại Hồ Geneva. Họ nhận thấy kích thước cánh (sải cánh 80 cm) và độ linh hoạt là yếu tố sống còn: cánh phải đủ mềm dẻo để giảm thiểu biên độ vỗ khi ở dưới nước, nhưng cũng phải đủ cứng cáp để nâng toàn bộ thân robot lên không trung.

Robot đạt tốc độ bơi gần 1 mét/giây khi vỗ cánh ở tần số 5 Hz (5 lần/giây), và đạt vận tốc bay khoảng 6 mét/giây ở tần số tương tự - những thông số rất gần với loài chim lặn thực tế.

Để bứt phá từ nước lên không trung, robot cần vươn mình ở góc dốc khá lớn khoảng 70 độ để tránh cho đầu cánh va chạm với mặt nước.

Điểm thú vị là sự kết hợp giữa kích thước cánh, tần số vỗ và góc nghiêng đuôi đã giúp robot có thể bơi, phóng khỏi mặt nước và cất cánh mà không cần đến một bộ phận mà hầu hết các loài chim lặn đều phải dùng: Đôi chân.

Trong chặng đường tiếp theo, nhóm nghiên cứu dự định cải tiến thiết kế để cánh không chỉ dập lên xuống mà còn có thể xoay linh hoạt. Họ cũng sẽ thử nghiệm khả năng vận hành của robot trong điều kiện khắc nghiệt hơn, như vượt qua sóng dữ hay đâm xuyên qua những cơn gió mạnh.

Tất cả hướng tới mục tiêu đưa chú robot này chính thức bước vào hành trình giải mã những bí ẩn của đại dương.

Nguồn: EPFL