※Hình vẽ mô tả hình dáng của một chú cá chuồn (Nguồn: Lietaer)
Các nhà nghiên cứu đến từ Đại Học Stanford đã phát triển một loại “phi cơ” cỡ nhỏ lấy cảm hứng từ loài cá chuồn. Loại phi cơ này có thể nhảy (theo nghĩa đen) và lượn tới một cự ly rất xa so với các robot “nhảy” thông thường. Jumpglider (tên robot- tạm dịch: Nhảy và Lượn) sử dụng một lò xo bằng sợi carbon để cất cánh, và có một cánh xoay (pivoting wing) để bay lượn. Cánh xoay này có thể dang ra khi bay lên hoặc khóa vị trí lại để lượn ra xa hơn khi máy bay chúc xuống.
(Nguồn: Stanford)
Cũng giống như những cú nhảy của rắn, sóc hay cá, những ông trùm “nhảy lượn” trong thế giới động vật, khả năng lượn trên không trung tạo ra một lợi thế không thể chối cãi của loại robot này khi so sánh với những robot nhảy theo đường đạn đạo (đường parabol) khác. Một robot có khả năng bay lượn, sẽ có thể đi được quãng đường xa hơn, hạ cánh êm ái hơn và nếu cần thiết thì cũng có thể diều chỉnh góc xuất phát mà không bị ảnh hưởng quá nhiều đến khoảng cách. Ví dụ, khi gặp một bề mặt trơn trượt thì robot có thể điều chỉnh một cú nhảy có góc độ cao hơn để tránh bị ảnh hưởng.
Thử thách của robot này khi cất cánh và lên cao đó là làm sao giảm lượng “kéo lê” đến hết mức có thể. Chiếc cánh của Jumpglider có thể tự do xoay quanh trục khi nó bay lên, cho nên có thể tự về đúng hướng hành trình nhờ áp lực gió. Khi lên đến đỉnh bay, chiếc cánh sẽ tự động được khóa vào thân robot nhờ những miếng nam châm được gắn ở thân và trục cánh. Quá trình bay của Jumpglider thể hiện trở hình dưới.
(Nguồn: Stanford)
Các nhà nghiên cứu sử dụng tốc độ gió điển hình thu được khi bắt đầu cú nhảy để điều chỉnh thiết kế của chiếc cánh sao cho tỉ lệ giữa lực nâng (lift) và lực kéo lê (drag) đạt mức cao nhất. Kết quả là nguyên mẫu chiếc cánh có độ dài 70cm (28inches) và nặng 20g. Trọng lượng robot/phi cơ được giữ ở mức thấp nhất nhờ việc dùng gỗ balsa làm khung và sợi carbon làm cánh.
Phân tích hoạt động của Jumpglider với một camera cao tốc, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng, Jumpglider không thể nhảy cao bằng các cỗ máy khác (bật nhảy theo quỹ đạo parabol) với cùng khối lượng và năng lượng (do vẫn tồn tại lực kéo lê trong thiết kế). Nhưng đổi lại, nó có thể “nhảy” xa hơn theo chiều ngang, nhờ có khả năng lướt trên không trung. Các mốc đạt được của Jumpglider thay đổi tùy theo góc xuất phát, ở góc 58 độ, nó có thể bay xa hơn bình thường 40% và ở góc 45 độ là 20%. Một nhà nghiên cứu trong nhóm, Alexis Lussier-Desbiens nhấn mạnh “ góc nhảy tối ưu dành cho các robot nhảy theo đường đạn đạo (ballistic jumper) bị cố định ở 45 độ. Đồng nghĩa với việc chúng cần có một lượng ma sát nhất định để có thể đạt độ xa tối đa theo lý thuyết.” Đối với Jumpglider, hạn chế đó hoàn toàn không tồn tại.
Dù vậy, Lussier-Desbiens cũng nhấn mạnh đến một khuyết điểm (hiện tại) của Jumpglider, đó là tính tự động thấp. “Hiện nay, phần lò xo vẫn được nén lại bằng tay và robot vẫn chưa thể tự nén lò xo lại được,” Ông cho biết. “Đây là việc mà chúng tôi sẽ cần phải nghiên cứu trong tương lai. Tuy nhiên, việc trình diễn khả năng hoạt động tự động không phải là mục tiêu chính của nghiên cứu này, bởi vì đã có rất nhiều nhà nghiên cứu khác sớm trình diễn điều đó rồi.” Và nguyên mẫu của Jumpglider vẫn chưa được trang bị công nghệ năng lượng mặt trời (để có thể tự do hoạt động).
Bạn có thể xem hoạt động của Jumpglider trong đoạn clip dưới đây.
[youtube link=”http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=yutpMIYeMPQ” width=”590″ height=”315″]
Người dịch: Trungmaster, theo Gizmag
Link luận văn: Alexis Lussier Desbiens, Morgan Pope, Forrest Berg, Zhi Ern Teoh, Julia Lee, Mark Cutkosky, “Efficient Jumpgliding: Theory and Design Considerations”, IEEE ICRA 2013.
