Đàn cá thể hiện những hành vi phức tạp, đồng bộ giúp chúng tìm kiếm thức ăn, di cư và trốn tránh kẻ thù. Không một con cá hay đàn cá nào điều phối những chuyển động này cũng như chúng không giao tiếp với nhau về những gì cần làm tiếp theo. Thay vào đó, những hành vi tập thể này xuất hiện từ sự phối hợp ngầm. Từng con cá đưa ra quyết định dựa vào những gì chúng quan sát thấy từ những con cá khác trong bầy. Loại hình tự tổ chức và phối hợp theo hướng phân quyền, tự chủ này từ lâu đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học đặc biệt trong lĩnh vực robot.

Giờ đây, nhóm nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật và Khoa học ứng dụng Harvard John A. Paulson (SEAS) và Viện Kỹ thuật phỏng sinh học Wyss đã chế tạo được robot lấy cảm hứng từ cá, có thể đồng bộ hóa chuyển động của chúng giống như một đàn cá thực sự mà không cần điều khiển từ bên ngoài. Đây là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu chứng minh robot dưới nước thực hiện được những hành vi phối hợp ngầm phức tạp này.

"Robot thường được sử dụng ở những khu vực không thể tiếp cận hoặc nguy hiểm với con người", TS. Florian Berlinger, đồng tác giả nghiên cứu nói. "Trong những tình huống này, thật sự có lợi cho bạn khi có một bầy robot tự chủ cao và độc lập. Chúng tôi đã sử dụng các quy tắc ngầm và nhận thức trực quan 3D để xây dựng một hệ thống có độ tự chủ và linh hoạt cao ở dưới nước nơi không thể tiếp cận được những thứ như GPS và WiFi".

Blueswarm, tên của robot cá được tạo ra trong phòng thí nghiệm của Radhika Nagpal, GS. Khoa học Máy tính tại SEAS. Phòng thí nghiệm của GS. Nagpal là đơn vị tiên phong trong chế tạo các hệ thống tự tổ chức. Tuy nhiên, hầu hết các bầy robot trước đây đều hoạt động trong không gian hai chiều. Không gian ba chiều như không khí và nước, đặt ra thách thức lớn đối với cảm biến và chuyển động.

Nhóm nghiên cứu đã khắc phục những hạn chế này bằng cách xây dựng một hệ thống phối hợp bằng thị giác trong robot cá dựa vào đèn LED màu xanh lam. Mỗi robot dưới nước còn được gọi là Bluebot, được trang bị hai camera và ba đèn LED. Các thấu kính camera gắn trên mỗi Bluebot phát hiện đèn LED của các Bluebot trong bầy và sử dụng thuật toán tùy chỉnh để xác định khoảng cách, định hướng và hướng chuyển động của chúng. Dựa vào ánh sáng đèn LED đơn giản, các nhà nghiên cứu đã chứng minh Blueswarm thể hiện các hành vi tự tổ chức phức tạp, bao gồm tập hợp, phân tán và tạo hình vòng tròn.

Các nhà khoa học cũng mô phỏng nhiệm vụ tìm kiếm đơn giản với đèn đỏ trong bể nước. Sử dụng thuật toán phân tán, Bluebot trải rộng khắp bể cho đến khi một con đến đủ gần nguồn sáng để phát hiện ra nó. Khi robot phát hiện ra ánh sáng, đèn LED của nó bắt đầu nhấp nháy để kích hoạt thuật toán tổng hợp trong phần còn lại của đàn cá. Sau đó, tất cả các Bluebot tập hợp xung quanh robot phát tín hiệu.

GS. Nagpal cho rằng: “Kết quả của chúng tôi với Blueswarm đánh dấu cột mốc quan trọng trong việc nghiên cứu các hành vi tập thể tự tổ chức dưới nước. Những hiểu biết sâu sắc từ nghiên cứu này sẽ giúp chúng tôi tạo ra các đàn cá nhỏ dưới nước trong tương lai, có thể thực hiện giám sát môi trường và tìm kiếm trong môi trường giàu hình ảnh nhưng dễ bị tác động như rạn san hô. Nghiên cứu này cũng mở đường để hiểu rõ hơn bầy cá bằng cách mô phỏng tổng hợp hành vi của chúng".

N.P.D (NASATI), theo https://techxplore.com/news/2021-01-fish-inspired-robots-movements.html, 13/1/2021