Lấy cảm hứng từ các loài chim vừa bay vừa lặn như hải âu cổ rụt (puffin) và chim lặn (loon), các kỹ sư tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT, Hoa Kỳ) và Học viện Bách khoa Liên bang Lausanne (EPFL, Thụy Sĩ) đã thiết kế một robot có thể bơi dưới nước rồi vỗ cánh bay lên khỏi mặt nước để tiếp tục bay trong không khí. Kết quả được công bố trên tạp chí Science, mở ra triển vọng cho một thế hệ thiết bị bay - lặn phục vụ nghiên cứu đại dương.

Trên thế giới có khoảng 100 loài chim vừa có thể bay vừa có thể bơi. Việc di chuyển qua hai môi trường có tính chất vật lý rất khác nhau - nước đặc gấp khoảng 1.000 lần không khí - đòi hỏi những cơ chế chuyển động hoàn toàn khác biệt. Tuy nhiên, tự nhiên đã có sẵn lời giải: các loài chim như hải âu cổ rụt có thể bay rất nhanh trong không khí, đồng thời lặn và bơi qua nước để săn mồi. Chính khả năng thích nghi này là nguồn cảm hứng cho nhóm nghiên cứu.

Thiết bị dưới 300 gram, cánh linh hoạt phủ nano kỵ nước

Thiết bị - được gọi là "phương tiện bay - lặn vỗ cánh" (FAAV) - nặng chưa tới 300 gram (khoảng nửa pound) và được thiết kế để giúp các nhà khoa học nghiên cứu cơ chế cho phép các loài chim lặn di chuyển qua cả không khí lẫn nước. Robot gồm một thân trung tâm, hai cánh vỗ linh hoạt và một đuôi có thể điều hướng. Cánh và đuôi có thể thay đổi kích cỡ khác nhau. Các cánh được làm từ màng nhẹ, phủ các hạt nano kỵ nước để đẩy nước.

Thách thức lớn nhất là xử lý sự khác biệt giữa nước và không khí. Nhiều loài chim chỉ đơn giản gập cánh lại khi ở dưới nước, nhưng nhóm nghiên cứu muốn cánh robot hoạt động được ở cả hai môi trường. Giải pháp là cánh linh hoạt vỗ khoảng năm lần mỗi giây - đủ mềm cho nước, đủ cứng cho bay. Trong các thí nghiệm ở bể nước và tại hồ Geneva (Thụy Sĩ), robot bơi với tốc độ gần 1 mét/giây, bay với tốc độ khoảng 6 mét/giây, và ngóc lên góc 70 độ để xuyên qua mặt nước mà không làm gãy đầu cánh - hoàn toàn không cần chân hay động tác chèo.

Triển vọng cho nghiên cứu đại dương chi phí thấp

Theo Giáo sư Raphael Zufferey, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí tại MIT và người đứng đầu Phòng thí nghiệm AURA, tầm nhìn của nhóm là để các nhà hải dương học, nhà sinh học biển và cộng đồng ven biển có thể phóng robot từ tàu hoặc từ bờ, để nó bay tới gần khu vực cần quan tâm - như một tảng băng trôi, một cảng biển, hay một đàn cá voi. Robot sẽ lặn xuống nước để đo đạc hoặc lấy mẫu, rồi bay về giao dữ liệu với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ so với các phương pháp truyền thống.

Zufferey cũng cho biết ông thích ý tưởng đưa các robot này vào những kịch bản nguy hiểm hơn - như lấy mẫu từ các đợt bùng phát tảo độc, hồ núi lửa hay khu vực gần băng trôi. Với chi phí chế tạo chỉ khoảng 300 USD, FAAV mở ra một hướng đi thực tế để giám sát sức khỏe của các đại dương và tuyến đường thủy. Đây là một ví dụ điển hình cho cách kỹ thuật lấy cảm hứng từ tự nhiên (biomimicry) có thể tạo ra những giải pháp công nghệ sáng tạo và hiệu quả về chi phí.

N.P.A (Theo Massachusetts Institute of Technology)