Lucia Beccai, một chuyên gia về robot mềm tại Viện Công nghệ Ý ở Genoa, đã nảy ra ý tưởng này khi xem một bộ phim tài liệu về voi. Bà kinh ngạc trước sự đa năng của chiếc vòi của chúng, có thể nhẹ nhàng gỡ một chiếc lá khỏi cây rồi di chuyển những khúc gỗ khổng lồ.
Tính linh hoạt đó lại thiếu ở các robot hiện nay. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu các nhà nghiên cứu có thể mô phỏng cấu tạo và chức năng của vòi voi? Điều đó có thể cách mạng hóa cách robot xử lý vật thể, với các ứng dụng từ việc giúp đỡ việc nhà đến tìm kiếm người sống sót trong đống đổ nát.
“Vòi voi thực sự hấp dẫn vì nó rất khéo léo và nhạy cảm,” Beccai nói. “Nó là một cơ quan cảm giác có kích thước lớn, không xương, nhưng cực kỳ linh hoạt. Hiện nay, hiệu suất của nó trong lĩnh vực robot là vô song.”
Quan sát đó đã trở thành hạt giống cho PROBOSCIS, một sáng kiến nghiên cứu kéo dài 5 năm do EU tài trợ, quy tụ các nhà sinh vật học, kỹ sư và nhà khoa học vật liệu để giải mã cơ chế hoạt động của vòi voi.
Mục tiêu là vượt ra khỏi các loại kẹp chuyên dụng hiện nay và tạo ra một bàn tay robot đa năng hơn – một bàn tay có thể nhẹ nhàng nắm lấy một quả nho hoặc nâng chắc chắn một vật nặng, và thích ứng với nhiều hình dạng và kết cấu khác nhau mà không cần thay đổi phần cứng lớn.
Thân cây: một cấu trúc liên tục
Hiện nay, hầu hết các robot đều có một cánh tay cứng với các khớp nối có động cơ và một bộ phận kẹp ở đầu – những bộ phận riêng biệt với những hạn chế khác nhau. Những robot này không thể thực hiện những gì Beccai gọi là “thao tác toàn thân”: quấn toàn bộ cánh tay của chúng quanh một vật thể một cách liên tục, uyển chuyển, không giống như vòi voi.
Phần thân là thứ mà các nhà sinh vật học gọi là thủy tĩnh cơ bắp, giống như xúc tu bạch tuộc hoặc lưỡi người. Với hơn 100.000 cơ riêng lẻ và không có xương, nó có thể duỗi ra, co lại, uốn cong và xoắn theo bất kỳ hướng nào cùng một lúc, không có sự phân biệt giữa cánh tay và bộ phận kẹp – nó là một cấu trúc liên tục.
Vòi của voi cũng vô cùng chắc khỏe, có khả năng mang vác tải trọng gần 300 kg. Voi châu Phi thậm chí còn có hai phần nhô ra nhỏ giống như ngón tay ở đầu vòi để thực hiện những công việc tinh tế hơn.
Động tác đơn giản, kết quả phức tạp.
Để hiểu rõ hơn về cách hoạt động của thân cây, Giáo sư Michel Milinkovitch, một nhà sinh vật học tiến hóa tại Đại học Geneva, đã dẫn đầu một nhóm nghiên cứu sử dụng các kỹ thuật làm phim.
Những dải chấm phản quang – giống như những chấm được sử dụng trong các bộ phim bom tấn – theo dõi chính xác chuyển động vòi của voi khi chúng thao tác với các vật thể có hình dạng, kích thước và chất liệu khác nhau tại một khu bảo tồn ở Nam Phi. Đoạn phim được quay bằng máy quay tốc độ cao, ghi lại một hệ thống hoạt động hiệu quả đáng ngạc nhiên.
“Điều chúng tôi nhận ra là chúng đang kết hợp một tập hợp nhỏ các hành vi,” Milinkovitch nói. “Rút ngắn một số đoạn, kéo dài một số đoạn, uốn cong một số đoạn, và chúng kết hợp chúng để hoàn thành nhiệm vụ.”
"
Vòi voi thực sự hấp dẫn vì nó rất khéo léo. […] Ngày nay, hiệu suất của nó không có đối thủ trong lĩnh vực robot.
Milinkovitch nhận thấy một động tác đặc biệt ngoạn mục. Khi những con voi vươn vòi ra phía sau đầu – thường là để nhận đồ ăn từ người chăm sóc – chúng không chỉ uốn cong vòi về phía sau.
Thay vào đó, chúng nhô ra và tạm thời làm cứng phần trên, tạo ra hai "khớp giả" hoạt động như vai và khuỷu tay, với phần dưới vung ra phía sau để bắt lấy phần thưởng.
“Điều đó thực sự khiến tôi kinh ngạc, bởi vì chưa ai từng thấy điều này trước đây. Họ làm điều đó rất nhanh,” Milinkovitch nói. Điều đó cho thấy thân cây có thể tạo thành các phần riêng biệt được ngăn cách bởi các khớp.
Nhóm nghiên cứu cũng tiến hành các nghiên cứu giải phẫu trên một chiếc vòi voi đực châu Phi và một chiếc vòi voi đực châu Á, được thu thập từ những con vật đã chết trong vườn thú.
Cơ bắp 3D
Để ứng dụng những phát hiện của Milinkovitch vào robot học, nhóm của Beccai đã tập trung vào phần đầu vòi. Họ sử dụng công nghệ in 3D để kết hợp cảm biến và cơ nhân tạo, hay còn gọi là bộ truyền động, thành một khối liền mạch. Những cấu trúc khí nén, giống như quả bóng này, sẽ giãn ra và co lại khi được bơm hơi và xả hơi. Bằng cách thay đổi kích thước và hình dạng, các nhà nghiên cứu có thể lập trình các chuyển động cụ thể vào hệ thống.
Để tạo ra một robot mềm có hình dạng giống thân cây, các nhà nghiên cứu đã kết hợp các bộ truyền động khí nén với cấu trúc lưới có thể biến dạng theo nhiều hướng.
Thiết bị được in trong một quy trình liên tục từ cùng một loại nhựa mềm, bao gồm cả các cảm biến quang học cung cấp phản hồi về cảm ứng và độ uốn cong của đầu ống.
Beccai cho biết, vật liệu duy nhất là yếu tố then chốt. “Điều này thực sự quan trọng vì nó loại bỏ các giao diện vật liệu và cơ học giữa các thành phần khác nhau, và điều đó cho phép chuyển động liên tục, kết hợp với phản hồi cảm giác.”
Nguyên mẫu này có thể kéo dài, nén và uốn cong, đồng thời thực hiện các chuyển động như kẹp, múc và vươn tới. Thiết kế này đánh dấu một bước tiến hướng tới một bộ kẹp đa năng thực sự, có khả năng xử lý mọi thứ từ các vật thể mềm, dễ vỡ đến các vật nặng hơn, có hình dạng bất thường chỉ với một hệ thống duy nhất, có khả năng thích ứng.
Dự án nghiên cứu đã kết thúc vào tháng 4 năm 2025, và mặc dù cánh tay robot mềm hiện vẫn chỉ là một mô hình thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu cho biết nó đã khắc phục được hầu hết các vấn đề thiết kế đang cản trở sự phát triển của các cánh tay robot hiện nay.
Kiểm soát nhẹ nhàng
Một trong những bài học quan trọng rút ra từ loài voi là về khả năng kiểm soát. Vòi của voi chứa hàng ngàn cơ bắp, nhưng con voi không kiểm soát được tất cả chúng.
Thay vào đó, Beccai giải thích, não bộ của chúng điều khiển một số ít các tổ hợp cơ được nhóm của Milinkovitch phát hiện, đó là sự phối hợp nhịp nhàng giữa các cơ để thực hiện một chuyển động. Cấu trúc vật lý của thân mình sẽ đảm nhiệm phần còn lại.
Điều này cho các nhà nghiên cứu thấy cách chế tạo robot mềm hoạt động hiệu quả ngoài phòng thí nghiệm: thiết kế các hệ thống tương lai dựa trên sự phối hợp nhịp nhàng, chứ không phải dựa trên các bộ phận truyền động riêng lẻ.
"
Ước mơ của tôi là xây dựng một hệ thống trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe có thể giúp đỡ, ví dụ, người khuyết tật hoặc người già bằng cách nâng đỡ họ.
Beccai hy vọng điều này sẽ giảm độ phức tạp và nhu cầu năng lượng, cho phép các thiết bị hoạt động bằng pin và dễ triển khai hơn. Cô hình dung ra nhiều ứng dụng thực tiễn rộng rãi, từ thu hoạch trái cây mềm – một thách thức lớn trong lĩnh vực robot hiện nay – đến các công việc gia đình như phân loại quần áo hoặc xử lý đồ dùng dễ vỡ.
Những robot như vậy có tiềm năng trong các ứng dụng môi trường, từ xử lý mảnh vỡ và phân loại rác thải đến hoạt động trong các hệ sinh thái mong manh mà không gây hại cho thực vật, đất đai hoặc sinh vật biển xung quanh. Trong hoạt động tìm kiếm và cứu hộ, một cánh tay robot mềm có thể luồn lách qua đống đổ nát và sử dụng xúc giác để giúp tìm kiếm người..
Nhưng Beccai quan tâm nhất đến robot hỗ trợ. “Ước mơ của tôi là xây dựng một hệ thống trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe có thể giúp đỡ, ví dụ, người khuyết tật hoặc người già bằng cách nâng đỡ họ, đồng thời đưa cho họ một chiếc nĩa hoặc một miếng trái cây tươi,” Beccai nói.
Một robot duy nhất, đủ mạnh để hỗ trợ di chuyển nhưng đủ nhẹ nhàng để xử lý các vật dụng hàng ngày, có thể cho phép mọi người sống độc lập hơn. Và không giống như máy móc thông thường, sự mềm mại của nó có nghĩa là nó không cần phải gây cảm giác đáng sợ.
Đối với Beccai, mục tiêu không chỉ đơn thuần là tạo ra một bộ phận kẹp tốt hơn. Đó là một robot mang lại cảm giác tự nhiên khi ở gần – mạnh mẽ khi cần thiết, nhẹ nhàng khi cần.
Nghiên cứu trong bài viết này được tài trợ bởi Chương trình Horizon của EU. Quan điểm của những người được phỏng vấn không nhất thiết phản ánh quan điểm của Ủy ban Châu Âu. Nếu bạn thấy bài viết này hữu ích, vui lòng chia sẻ trên mạng xã hội.
