MỸ – Vừa qua, các nhóm nghiên cứu từ đại học Pennsylvania (university of Pennsylvania) và đại học Michigan (university of Michigan) đã công bố một nghiên cứu trên tạp chí Science Robotics, đánh dấu một cột mốc quan trọng đối với ngành vi robot công nghiệp: các vi robot tự động có khả năng lập trình toàn diện, có thể cảm nhận môi trường xung quanh, đưa ra các quyết định cơ bản và thích nghi hành vi theo tình huống mà không cần sự điều khiển từ bên ngoài, giờ đây đã không còn là một giấc mơ viễn tưởng.

Robot lập trình nhỏ nhất thế giới

Yếu tố công nghệ then chốt ở đây không chỉ nằm ở việc thu nhỏ các cơ cấu cơ khí, mà còn là sự tích hợp của một “complete robotics stack” (tạm dịch là ‘hệ thống robot hoàn chỉnh’) trong một không gian siêu nhỏ: logic tính toán tại chỗ (onboard), cảm biến, nguồn năng lượng và hệ thống truyền động được kết hợp khéo léo để hệ thống có thể vận hành độc lập, thay vì phụ thuộc vào từ trường, dây dẫn hoặc các thiết lập trong phòng thí nghiệm.

Vượt qua “điểm nghẽn” kinh điển trong kỹ thuật vi robot
Cách tiếp cận của các nhà nghiên cứu nhắm vào một trở ngại kinh điển trong lĩnh vực vi robot: khả năng tự vận hành không tỉ lệ thuận với kích thước. Hệ thống càng nhỏ, việc quản lý năng lượng, hợp nhất dữ liệu cảm biến (sensor fusion) (1) và đảm bảo độ tin cậy của các bộ truyền động trong các môi trường thực tế như chất lỏng, vật liệu xốp hoặc các mô phức hợp (complex tissues) (2) càng trở nên khó khăn.
(1) Hợp nhất dữ liệu cảm biến: là kỹ thuật kết hợp dữ liệu từ nhiều loại cảm biến khác nhau, để tạo ra thông tin chính xác, tin cậy và đầy đủ hơn so với việc sử dụng từng cảm biến riêng lẻ.
(2) Mô phức hợp: là một thuật ngữ dùng để chỉ các cấu trúc sinh học không đồng nhất, được cấu tạo từ nhiều loại tế bào và thành phần khác nhau, tạo ra một môi trường cực kỳ “phức tạp” cho các thiết bị nhân tạo siêu nhỏ.

Ngành công nghiệp kỳ vọng vào vi robot không cần hệ thống hỗ trợ
Thế hệ robot của đại học Penn và Michigan cho thấy những rào cản này đang dần được tháo gỡ nhờ công nghệ mới. Các báo cáo nhấn mạnh rằng những thiết bị này có thể nhận biết môi trường (ví dụ thông qua dữ liệu nhiệt độ) và điều chỉnh hành vi di chuyển dựa trên dữ liệu đó. Ngoài ra, chúng được thiết kế với mức tiêu thụ điện năng cực thấp, để có thể hoạt động bền bỉ trong điều kiện ánh sáng phù hợp. Đây là điểm mấu chốt đối với các ứng dụng công nghiệp: một hệ thống vi mô chỉ sẵn sàng để sản xuất hoặc ứng dụng thực tế khi nó có thể thực hiện đáng tin cậy một nhiệm vụ xác định ngoài hiện trường mà không cần đến hệ thống hỗ trợ.

Lợi ích tiềm năng cho công nghệ y tế, bán dẫn, pin và hóa chất
Về mặt ứng dụng, các lĩnh vực tiềm năng đã được xác định rõ. Trong công nghệ dược phẩm và y tế, khả năng tự động vận hành tại chỗ đang chuyển dịch từ các mô hình thử nghiệm, sang các hệ thống vi mô có khả năng mở rộng, có thể đo lường các thông số cục bộ và thực thi logic đã lập trình sẵn (ví dụ: điều hướng trong dòng vi lưu, chẩn đoán tại chỗ hoặc đưa thuốc chính xác đến vị trí đã xác định).

Đồng thời, công nghệ này còn thu hút sự quan tâm trong các quy trình sản xuất bán dẫn, pin và hóa chất: vi robot tự động vận hành có thể phát hiện các trạng thái trong các mạch chất lỏng kín, trong các lò phản ứng vi mô hoặc các khu vực khó tiếp cận, đưa ra quyết định dựa trên ngưỡng giá trị hoặc theo dõi độ dốc (gradient tracking) (*), từ đó cho phép thực hiện một loại hình kiểm tra trực tuyến (inline inspection) hoàn toàn mới. Logic công nghiệp phía sau điều này rất rõ ràng: chất lượng dữ liệu, biên độ quy trình và tỷ lệ phế phẩm được quyết định tại chính những nơi mà các quy trình hiện nay thường không thể can thiệp được.
(*) Theo dõi độ dốc/ độ biến thiên: robot tự tìm đường bằng cách đi theo hướng nồng độ chất hoặc nhiệt độ tăng dần/ giảm dần (như cách loài chó đánh hơi).

Sự phát triển thần tốc của vi robot
Nhìn vào các ví dụ gần đây, có thể thấy tính năng động của lĩnh vực này. Vào tháng 11 năm 2025, đại học ETH Zurich đã giới thiệu một loại vi robot được thiết kế để vận chuyển thuốc đến các vị trí cụ thể trong cơ thể, ứng dụng công nghệ điều khiển và điều hướng trong môi trường phức tạp. Đây là một sự đối trọng thú vị với logic của đại học Penn/ Michigan: trong khi hướng đi của đại học Penn/ Michigan tập trung vào khả năng ra quyết định tại chỗ và tích hợp năng lượng, công trình của đại học ETH lại giải quyết mạnh mẽ vấn đề dẫn đường và điều hướng trong các vấn đề về y tế thực tế, bao gồm cả việc đưa các hệ thống này tiệm cận với quy trình lâm sàng.

Những tiến bộ trong hệ thống vi mô điều khiển bằng từ tính và hệ thống sinh học hybrid (biohybrid) (*) cũng rất đáng lưu ý. Một bài báo trên Nature Communications năm 2024 đã mô tả các chiến lược kích hoạt chọn lọc không gian cho vi robot từ tính, nhằm giảm thiểu việc kích hoạt ngoài mục tiêu, một yêu cầu tiên quyết để tránh việc làm xao động mọi thành phần nhạy cảm với từ tính trong môi trường phức tạp. Vấn đề chọn lọc này là thiết yếu cho bất kỳ việc mở rộng quy mô, điều tiết và đánh giá rủi ro nào sau này.
(*) Biohybrid: là một thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống hoặc thực thể được tạo ra bằng cách kết hợp giữa vật chất nhân tạo (máy móc, vật liệu tổng hợp, linh kiện điện tử) và vật liệu sinh học sống (tế bào, vi khuẩn, cơ bắp, hoặc vi sinh vật).

Hệ thống truyền động đa phương thức và khái niệm sinh học hybrid
Bên cạnh đó, trong năm 2025, các nghiên cứu đã mở rộng đáng kể sang hướng truyền động đa phương thức và khái niệm sinh học hybrid: các bài phân tích và trình bày mô hình cho thấy cách kết hợp kích hoạt bằng sóng âm và từ tính, hoặc cách các vật mang sinh học hybrid (như vi sinh vật) có thể kết hợp với điều khiển bên ngoài để tăng độ chính xác và phạm vi hoạt động. Đối với ngành công nghiệp và công nghệ y tế, sản phẩm trong tương lai có khả năng không phải là một robot đơn lẻ, mà là một hệ thống bao gồm: robot, hạ tầng điều khiển, logic an toàn, quy trình sản xuất và đảm bảo chất lượng.

Từ giai đoạn khả thi sang giai đoạn tích hợp
Dựa trên những diễn biến gần đây, một thông điệp đang dần hiện rõ: lĩnh vực vi robot đang chuyển mình từ giai đoạn thuần nghiên cứu tính khả thi sang giai đoạn tích hợp. Trong giai đoạn này, các quyết định về kiến trúc (tự hành tại chỗ so với điều khiển bên ngoài), khái niệm năng lượng và giao tiếp, cũng như chiến lược sản xuất và thử nghiệm sẽ quyết định khả năng mở rộng quy mô. Thành tựu của đại học Penn/ Michigan là một dấu ấn quan trọng vì nó cho thấy tính tự động đã được tích hợp sâu vào bản chất của robot. Sự tự chủ này không còn là một lớp tính năng ‘gắn thêm’ cho có, mà là yếu tố nền tảng giúp một thiết bị vi mô vốn phải điều khiển từ xa, nay có thể hoạt động hoàn toàn độc lập.

Để xem các tin bài khác về “Robot”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Hannover Messe