Các tòa nhà cao tầng đòi hỏi công tác sửa chữa, bảo trì thường xuyên. Tuy nhiên, việc kiểm tra, sửa chữa thủ công lại vô cùng tốn kém và tiềm ẩn nguy cơ tai nạn cho người lao động, đặc biệt tại các vị trí nguy hiểm khó tiếp cận. Không có gì ngạc nhiên khi các nhà nghiên cứu cố gắng tìm cách dùng robot để hỗ trợ công việc cho con người.

Ngày nay, tại nhiều quốc gia trên thế giới, thiết bị bay không người lái (UAV) đã được ứng dụng để giám sát các công trình nhờ khả năng quan sát toàn cảnh từ trên cao. Song song với đó, cánh tay robot đã được sử dụng rộng rãi trong các tác vụ khuân vác, cầm nắm tại nhà máy. Ý tưởng kết hợp cả hai lại với nhau trong một ứng dụng có lẽ không bất ngờ, nhưng nó vẫn đại diện cho một bước nhảy vọt đáng kể trong công nghệ bảo trì những công trình cao tầng như tòa nhà, nhà xưởng, tháp truyền hình, trụ điện, tuabin gió, dàn khoan v.v

Việt Nam có tốc độ “mọc lên” của các công trình cao tầng bùng nổ nhưng nguồn nhân lực bảo trì có tay nghề lại thiếu hụt. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa sẽ giúp giảm tải chi phí và nâng cao hiệu quả vận hành cho các công trình này.  Vì thế, một nhóm sinh viên nghiên cứu tại phòng thí nghiệm EmNetLab thuộc Trường Điện - Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội đã phát triển một hệ thống điều khiển cánh tay robot bay nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghiệp tại những vị trí khó tiếp cận.

Những thử nghiệm cánh tay robot bay đã được thực hiện tại khuôn viên trường Đại học Bách khoa Hà Nội, nơi có những tòa nhà không quá cao, chỉ tầm 7-10 tầng. Nhóm nghiên cứu cho rằng một số điểm phải cải thiện trước khi cánh tay robot có thể sẵn sàng đi vào sử dụng - chẳng hạn như tăng độ ổn định của cánh tay khi bay hay mở rộng phạm vi truyền tín hiệu - nhưng phần lớn thuật toán “khung xương” đã thành hình.

Cánh tay robot hay UAV đều có thể sử dụng những sản phẩm thương mại sẵn có, nhưng linh hồn mà nhóm nghiên cứu tạo ra nằm ở bộ điều khiển chúng. Đó là một cabin ảo sử dụng công nghệ song sinh số (digital twin). Một trong những vấn đề lớn đặt ra khi điều khiển cánh tay robot bay là làm sao để có thể điều khiển chính xác cả UAV lẫn cánh tay robot khi mà UAV bay ra ngoài phạm vi tầm nhìn của họ.

Công nghệ song sinh số có thể tạo ra các mô phỏng về môi trường xung quanh UAV, bao gồm cả địa hình, chướng ngại vật, thậm chí cả mưa gió và thời tiết, nhờ luồng dữ liệu liên tục theo thời gian thực. Thông tin này được đưa trực tiếp vào bảng điều khiển cabin ảo, cho phép người điều khiển UAV có tầm nhìn tốt hơn.

Hơn nữa, việc điều khiển phối hợp giữa UAV và cánh tay robot có nhiều bậc tự do chỉ dựa trên hình ảnh 2D từ camera truyền về như cách điều khiển thông thường là không đủ. Lý do là vì hình ảnh 2D không cung cấp đầy đủ thông tin về khoảng cách và trạng thái của cánh tay robot so với vật thể mà nó tương tác. Điều này khiến người dùng gặp khó khăn trong việc điều khiển chính xác cánh tay robot và cần nhiều thời gian luyện tập để thành thạo. Để tránh vấn đề này, bản song sinh số có thể bao trùm cả cánh tay robot và tính toán vị trí của nó như thể nó được bao quanh bởi hệ thống GPS.

Nhóm nghiên cứu đã khiến cho công nghệ điều khiển bằng song sinh số này trở nên cực kì đơn giản và dễ dùng. Đeo kính thực tế ảo (VR headset) trên đầu với một điện thoại thông minh có màn hình bổ dọc tương ứng với hai mắt, cậu bước vào cabin ảo điều khiển cánh tay robot bay. Có một màn hình lớn cho thấy điểm nhìn từ máy bay, và năm màn hình ảo xung quanh biểu thị các thông số như vận tốc, độ cao, hướng gió, v.v

Khi nghiêng hoặc quay đầu, UAV cũng sẽ di chuyển theo. Ngoài ra, thiết bị này cũng “đọc” cử chỉ tay để điều hướng UAV - ví dụ như nghiêng cần điều khiển ảo, ấn nút giữ trên màn hình, làm cử chỉ phóng to, thu nhỏ màn hình, hoặc chỉ đạo cánh tay robot thực hiện các thao tác cầm, nắm, gắp vật thể y như cánh tay của mình.

Cabin ảo tích hợp bản sao song sinh số do nhóm EmNetLab phát triển là một sáng tạo độc đáo. Mặc dù hệ thống vẫn còn giới hạn trong việc thực hiện các thao tác phức tạp và giao diện không gian ảo vẫn cần được phát triển sâu hơn nhưng tiềm năng ứng dụng trong ngành công nghiệp UAV và tự động hóa công nghiệp đã được khẳng định rõ ràng.

N.P.D (tổng hợp)