CHLB ĐỨC – Robot ngày càng đóng vai trò quan trọng trong các nhiệm vụ không gian. Tuy nhiên, phần lớn các hệ thống robot hiện nay đều được thiết kế riêng biệt cho từng sứ mệnh cụ thể. Khi yêu cầu thay đổi, các nhà khoa học buộc phải phát triển những hệ thống hoàn toàn mới, gây tốn kém đáng kể về chi phí, thời gian, và nguồn lực. Trước thực trạng đó, trung tâm nghiên cứu trí tuệ nhân tạo CHLB Đức (DFKI – German research center for artificial intelligence) đã phối hợp cùng đại học Bremen (University of Bremen) phát triển một giải pháp đột phá: hệ thống robot mô-đun hóa. 

Từ trước đến nay, việc phát triển robot vũ trụ theo yêu cầu không chỉ tốn kém mà còn góp phần gia tăng rác thải không gian do khả năng tái sử dụng thấp. Hệ thống mô-đun mới cho phép các thiết bị robot thích ứng linh hoạt với nhiều kịch bản ứng dụng khác nhau. Đây được xem là một bước chuyển mình về tư duy trong ngành robot vũ trụ, hướng đến những công nghệ hiệu quả, bền bỉ và mạnh mẽ hơn.

Tăng cường tính mô-đun hóa trong lĩnh vực robot vũ trụ
Trong khuôn khổ dự án Modkom (các thành phần mô-đun làm nền tảng cấu tạo robot vũ trụ tùy chỉnh), đội ngũ nghiên cứu dưới sự dẫn dắt của Giáo sư, Tiến sĩ Frank Kirchner đã đặt nền móng cho sự thay đổi cơ bản: thay thế các thiết kế riêng biệt cứng nhắc bằng các hệ thống có khả năng tái cấu hình linh hoạt. Dự án nhận được sự hỗ trợ từ cơ quan không gian CHLB Đức (DLR space agency) cùng nguồn kinh phí từ bộ kinh tế và năng lượng liên bang (BMWE – Federal ministry for economic affairs and energy).

“Bộ lắp ghép” cho các robot thế hệ mới
Hệ thống robot bao gồm toàn bộ các thành phần phần cứng và phần mềm cần thiết để lắp dựng các loại robot di động một cách linh hoạt. Các nhà nghiên cứu phân loại hệ thống theo nhiều cấp độ chi tiết: Cấp độ cơ bản: bao gồm các khớp nối, cấu trúc khung và mô-đun điện tử, được kết nối thông qua các giao diện tiêu chuẩn. Cấp độ nâng cao: các đơn vị cơ bản được kết hợp thành các phân hệ chức năng (subsystems) (*), sẵn sàng tích hợp vào hệ thống tổng thể dưới dạng các khối tính năng chuyên biệt.
(*) Phân hệ chức năng: là những bộ phận lớn đảm nhận một nhiệm vụ riêng biệt, để cấu thành nên một cỗ máy hoàn chỉnh.

Nguyên lý “plug-and-play” trong không gian
Ở cấp độ cao nhất, các hệ thống hoàn chỉnh được thiết lập bằng cách kết nối các nền tảng cố định hoặc di động với cảm biến, thùng chứa hàng hoặc cánh tay robot. Nhờ cấu trúc phần mềm toàn diện, các mô-đun có thể tích hợp linh hoạt ngay trong quá trình vận hành theo cơ chế “plug-and-play” (*). Đặc biệt, các giao diện này còn cho phép ứng dụng quy trình học máy và tối ưu hóa, giúp tự động thiết lập cấu hình phần cứng, phần mềm cũng như hiệu chỉnh từng mô-đun một cách tối ưu nhất.
(*) Plug-and-play: chỉ các thiết bị hoặc hệ thống được thiết kế để hoạt động ngay lập tức sau khi kết nối mà không cần cấu hình thủ công phức tạp.

Ưu thế vượt trội: linh hoạt, bền bỉ và tối ưu chi phí
Hệ thống mô-đun mang lại khả năng mở rộng và thích ứng linh hoạt với các yêu cầu nhiệm vụ thay đổi liên tục, ngay cả khi dự án đã triển khai. Việc tái sử dụng các mô-đun giúp rút ngắn đáng kể chu kỳ phát triển và kiểm định sản phẩm, từ đó tiết kiệm tối đa thời gian và kinh phí. Bên cạnh đó, các giao diện tiêu chuẩn hóa và bộ chuyển đổi đặc biệt cho phép tích hợp cả những linh kiện thương mại (là những linh kiện được bán/ cung cấp sẵn có trên thị trường) vốn không tương thích, giúp mở rộng phạm vi ứng dụng. Cấu trúc này cũng nâng cao độ tin cậy: các bộ phận bị lỗi có thể được thay thế nhanh chóng, một lợi thế then chốt khi vận hành trong môi trường nhiều rủi ro và khó tiếp cận như không gian vũ trụ.

Kiểm chứng hiệu năng và tiêu chuẩn hóa vũ trụ
Để chứng minh tính khả thi, các đối tác dự án đã chế tạo một hệ thống thao tác phức tạp từ “bộ lắp ghép” robot này. Họ kết hợp cánh tay robot mô-đun hóa của trung tâm DFKI với hai thiết bị thương mại: nền tảng di động Hunter SE (AgileX Robotics) và giao diện đa năng iSSI (hệ thống iBoss). Trong môi trường thử nghiệm thực tế, hệ thống đã thực hiện thành công các tác vụ phức tạp, minh chứng cho khả năng tích hợp linh hoạt các hệ thống bên ngoài (external system) và thay thế từng mô-đun nhanh chóng theo nhu cầu.

Nâng tầm phát triển, hướng tới các tiêu chuẩn công nghệ tiên tiến nhất
Một trọng tâm khác của dự án là nâng cao khả năng kiểm định linh kiện. Với dòng khớp nối DFKI X2D, các nhà nghiên cứu đã phát triển loại động cơ động lực cao chuyên dụng cho không gian. Qua các bài kiểm tra nghiêm ngặt, công nghệ này đã đạt mức độ sẵn sàng công nghệ TRL 5, bước tiến quan trọng trước khi ứng dụng thực tế. Ngoài ra, trung tâm DFKI Bremen còn thiết lập một phòng sạch hiện đại đạt tiêu chuẩn ISO để hỗ trợ thử nghiệm trong môi trường giả lập phức tạp nhất.

Từ nghiên cứu đến thực tế
Những kiến thức và công nghệ thu được từ dự án này sẽ là nền tảng cốt lõi cho thế hệ robot vũ trụ có khả năng tái cấu hình. Trong tương lai, chúng sẽ góp phần cải thiện đáng kể tính linh hoạt, hiệu quả và đặc biệt là tính bền vững cho các sứ mệnh chinh phục không gian.

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

 

Nguồn: Hannover Messe