Robotics là gì? Tại sao chúng ta cần Robotics?

Robotics là gì?

Robotics là sự kết hợp giữa khoa học, kỹ thuật và công nghệ để tạo ra máy móc, hay còn được gọi là người máy (robot), có thể sao chép hoặc thay thế các hành động của con người. 

Hẳn là nhiều người cũng biết đến những robot kinh điển một thời như R2-D2, The Terminator và WALL-E. Dù những hình mẫu này là sự phóng đại quá mức, vượt xa sự thật, nhưng đây là những suy nghĩ rất tiến bộ. Các robot đã đạt được khả năng về trí tuệ và cơ học, điều này làm cho một cỗ máy giống R2-D2 không nằm ngoài tầm với trong tương lai.

Khi công nghệ phát triển, phạm vi phát triển của robot cũng vậy. Vào năm 2005, 90% robot trên thế giới dùng để lắp ráp ô tô trong các nhà máy sản xuất ô tô . Những robot này chủ yếu gồm các cánh tay cơ khí với nhiệm vụ hàn hoặc vặn các bộ phận nhất định của ô tô. 

Ngày nay, chúng ta đang thấy một định nghĩa phát triển và mở rộng hơn về người máy bao gồm việc phát triển, tạo và sử dụng các bot để hoàn thành các nhiệm vụ như khám phá các điều kiện khắc nghiệt nhất của hành tinh,  hỗ trợ thực thi pháp luật, hợp lý hóa các thủ tục phẫu thuật và thực hiện các nhiệm vụ cứu hộ .

Các loại Robotics

Các bot cơ học sở hữu nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau, để thực hiện hiệu quả những nhiệm vụ mà chúng được thiết kế. Tất cả các robot đều khác nhau về thiết kế, chức năng và mức độ tự chủ. Từ  “RoboBee” dài 0,2 mm  đến tàu vận chuyển rô bốt dài 200 mét “ Vindskip ”, các rô bốt đang nổi lên như một cách thực hiện các nhiệm vụ mà con người không thể. 

Có năm loại rô bốt khác nhau và thực hiện các nhiệm vụ tùy thuộc vào khả năng của chúng. 

Robot được lập trình sẵn

Các robot được lập trình sẵn hoạt động trong một môi trường được kiểm soát, nơi chúng thực hiện những công việc đơn điệu. Ví dụ như cánh tay cơ khí trên dây chuyền lắp ráp ô tô. Cánh tay phục vụ chức năng hàn cửa, lắp một bộ phận nào đó vào động cơ, v.v. - và nó có thể làm việc đó lâu hơn, nhanh hơn và hiệu quả hơn con người.

Robot với hình dạng con người

Robot với hình người (Humanoid Robots) là những robot giống hoặc bắt chước được hành vi của con người. Những robot này thường thực hiện được các hoạt động giống như con người (như chạy, nhảy hay mang đồ vật), và đôi khi được thiết kế trông giống chúng ta, thậm chí có khuôn mặt và biểu cảm của con người. Hai trong số những ví dụ nổi bật nhất về robot với hình dạng con người là Hanson Robotics 'Sophia và Boston Dynamics'  Atlas.

Robot tự động

Robot tự động (Autonomous Robots) là robot hoạt động độc lập, không cần sự điều khiển của con người. Robot tự động sử dụng cảm biến để nhận thức về thế giới xung quanh, sau đó sử dụng cấu trúc đưa ra quyết định (thường là máy tính) để thực hiện bước tối ưu tiếp theo dựa trên dữ liệu và nhiệm vụ của chúng. Một ví dụ về robot tự động là máy hút bụi Roomba, sử dụng các cảm biến để di chuyển tự do trong nhà.

Robot điều khiển từ xa

Robot điều khiển từ xa (Augmenting Robots) là những robot bán tự động sử dụng mạng không dây, cho phép con người điều khiển từ một khoảng cách nhất định. Những robot này thường hoạt động trong điều kiện địa lý, thời tiết và hoàn cảnh khắc nghiệt. Ví dụ như: tàu ngầm do con người điều khiển được sử dụng để khắc phục sự cố rò rỉ đường ống dưới nước trong vụ tràn dầu BP; máy bay không người lái được sử dụng để phát hiện bom mìn trên chiến trường.

Robot tăng cường

Robot tăng cường, còn được gọi là robot VR , được sử dụng để thay thế các khả năng con người đã mất hoặc nâng cao năng lực hiện tại của con người. Lĩnh vực chế tạo người máy để nâng cấp con người tuy còn là lĩnh vực mà khoa học viễn tưởng nhưng hoàn toàn có thể sớm thành hiện thực. Một số ví dụ như: chân tay giả hoặc bộ xương được robot sử dụng để nâng vật nặng.

Robotics hoạt động như thế nào?

Robot không phụ thuộc

Robot không phụ thuộc có khả năng hoạt động hoàn toàn tự chủ mà không cần đến sự điều khiển của con người. Những điều này thường yêu cầu lập trình với cường độ cao hơn nhưng cho phép robot thay thế con người khi thực hiện các nhiệm vụ nguy hiểm hoặc bất khả thi, từ rải bom, du hành dưới biển sâu đến tự động hóa nhà máy. Tuy nhiên. có khá nhiều ý kiến trái chiều xung quanh loại robot này, bởi chúng loại bỏ một số công việc nhất định trong xã hội.

Robot phụ thuộc

Robot phụ thuộc là những robot không tự chủ, cần tương tác với con người để nâng cao và bổ sung các hành động đã có của chúng. Đây là một dạng công nghệ tương đối mới và đang không ngừng mở rộng với các ứng dụng mới. 

Một ví dụ nổi tiếng về một robot phụ thuộc đã được tạo ra bởi Johns Hopkins APL vào năm 2018 cho Johnny Matheny, một bệnh nhân bị cụt phần cánh tay dưới khuỷu tay. Matheny được gắn một tay giả mô-đun để các nhà nghiên cứu có thể nghiên cứu việc sử dụng nó trong một thời gian dài. MPL được điều khiển thông qua điện cơ hoặc các tín hiệu được gửi từ chi bị cụt của anh ta để điều khiển tay giả. Theo thời gian, Matheny trở nên dễ dàng hơn trong việc điều khiển MPL và các tín hiệu được gửi từ chi bị cụt của anh ấy trở nên nhỏ hơn và ít thay đổi hơn, dẫn đến chuyển động của nó chính xác hơn và cho phép Matheny thực hiện các hành động tinh vi như chơi piano.

Các thành phần chính của Robotics

Robot được chế tạo để tạo ra các giải pháp cho những nhu cầu khác nhau và đáp ứng một số mục đích khác nhau, và do đó, đòi hỏi nhiều thành phần chuyên dụng để hoàn thành các nhiệm vụ này.

• Hệ thống điều khiển: CPU chỉ đạo nhiệm vụ của robot ở cấp độ cao.
• Cảm biến: một bộ phận cung cấp tín hiệu điện cho phép robot tương tác với thế giới.
• Bộ truyền động: bộ phận động cơ chịu trách nhiệm cho chuyển động của rô bốt.
• Nguồn điện: pin cung cấp năng lượng cho rô bốt.
• End Effectors: các tính năng bên ngoài của robot cho phép nó hoàn thành nhiệm vụ.

Ứng dụng của Robotics trong thực tiễn

Robot có thể sử dụng trong rất nhiều trường hợp, khiến chúng trở thành công nghệ lý tưởng cho tương lai. Chẳng bao lâu nữa, chúng ta sẽ thấy robot ở hầu khắp mọi nơi. Với một số ứng dụng như

Robotics trong lĩnh vực sản xuất

Ngành công nghiệp sản xuất có lẽ là ngành sử dụng robot lâu đời và nhiều nhất. Robotics hoạt động để kiểm tra và lắp ráp các sản phẩm, như ô tô và thiết bị công nghiệp. Người ta ước tính rằng có hơn ba triệu robot công nghiệp đang được sử dụng thời điểm hiện tại.

Robotics trong dịch vụ hậu cần

Robot vận chuyển, xếp dỡ và kiểm soát chất lượng đã và đang là thứ bắt buộc phải có đối với hầu hết các nhà bán lẻ và công ty hậu cần. Vì giờ đây khách hàng kỳ vọng các gói hàng sẽ được vận chuyển với tốc độ nhanh chóng, các công ty hậu cần sử dụng rô bốt trong nhà kho và thậm chí trên đường vận chuyển, để giúp tối đa hóa hiệu quả thời gian. 

Robot cho gia đình

Công nghệ đã không còn là khoa học viễn tưởng nữa. Robot có thể được nhìn thấy ở khắp nơi trong ngôi nhà của chúng ta, giúp chúng ta làm việc nhà, nhắc nhở chúng ta về lịch trình và thậm chí là giải trí cho con cái của chúng ta. Ví dụ nổi tiếng nhất về robot cho gia đình là máy hút bụi tự động Roomba. Ngoài ra, robot hiện đã phát triển để làm mọi thứ từ tự động cắt cỏ cho đến làm sạch hồ bơi.

Robot du hành

Những chiếc xe tự lái giờ đây không còn chỉ là trí tưởng tượng nữa. Robot du hành là sự kết hợp giữa khoa học dữ liệu và người máy, và đang làm “điên đảo” cả thế giới. Các công ty như Tesla, Ford, Waymo, Volkswagen và BMW đều đang làm việc trên làn sóng du hành tiếp theo, cho phép chúng ta ngồi, thư giãn và tận hưởng chuyến đi.

Robotics chăm sóc sức khỏe 

Robot đã đạt được những bước tiến vượt bậc trong ngành chăm sóc sức khỏe. Những tuyệt tác cơ học này được sử dụng trong mọi khía cạnh của chăm sóc sức khỏe, từ các cuộc phẫu thuật có sự hỗ trợ của robot đến các con bot giúp bệnh nhân phục hồi sau chấn thương trong vật lý trị liệu. Ví dụ nư trợ lý chăm sóc sức khỏe của Toyota, giúp mọi người lấy lại khả năng đi lại; TUG, một robot được thiết kế để tự động đi dạo trong bệnh viện và cung cấp mọi thứ từ thuốc men đến khăn trải giường sạch sẽ cho bệnh nhân.

Ngoài ra, robot cũng đã được sử dụng trong các công ty dược phẩm để giúp chống lại COVID-19. Các con bot này hiện đang được sử dụng để làm đầy và niêm phong các miếng gạc thử nghiệm COVID-19, và được một số doanh nghiệp sử dụng để sản xuất PPE và mặt nạ phòng độc.

Ngành Robotics tại Việt Nam phát triển như thế nào?

Hiện nay, ở nước ta lĩnh vực Robotics phát triển theo chiều hướng cực kỳ đa dạng. Công dụng robot được dụng tùy thuộc vào các lĩnh vực, ngành nghề và các công việc khác nhau. Phần lớn, Robotics được tận dụng trong các hệ thống sản xuất hay ngành công nghiệp như: ngành gia công áp lực, gia công và lắp ráp, công nghiệp đúc,…

Theo thống kê, hiện nay robot được sử dụng tại Việt Nam đang ngày càng tăng lên. Xu hướng này liên tục phát triển và không có dấu hiệu giảm bớt. Nhiều nhà máy tại Việt Nam cũng bắt đầu dịch chuyển dần sang tự động hóa thay thế các hoạt động sản xuất thủ công trước đây. Chính phủ đã và đang tập trung phát triển các sáng kiến và ban hành các quy định pháp luật để đẩy nhanh quá trình tự động hóa. Nhằm nâng cao khả năng cạnh tranh của nền kinh tế và đẩy nhanh tốc độ công nghiệp hóa, hiện đại hoá, trong đó, ưu tiên robot công nghiệp cùng tự động hóa công nghệ cao.

Nhu cầu nghiên cứu Robotics hiện nay như thế nào?

Để đánh giá mức độ tiến bộ lĩnh vực công nghệ của một quốc gia, Robotics chính là một chuẩn mực hàng đầu. Các quốc gia trên thế giới ngày nay đang đẩy mạnh việc nghiên cứu và phát triển Robotics, chẳng hạn như: Singapore, Nhật Bản, Hàn Quốc, Việt Nam…

Trên đây là toàn bộ thông tin cơ bản liên quan đến Robotics. Hy vọng với bài viết trên, các bạn có thể hiểu thêm về một lĩnh vực khoa học cơ khí đặc biệt và đầy ý nghĩa.