Trong vài thập kỷ gần đây, hàng chục loài sinh vật đã bị tuyệt diệt hoặc đứng trên bờ vực thẳm. Trong số chúng là một số loài thụ phấn như ong, bướm, ruồi, một số loại bướm đêm,…

Stickbug, robot 6 tay có khả năng thụ phấn chính xác đang tự động định hướng, lập bản đồ, và tiến hành thụ phấn cho các bụi hoa mâm xôi trong một nhà kính. Mỗi tay là một đơn vị được thiết kế để giành lợi thế tối ưu nhưng được bộ phận “trọng tài” kiểm soát để tránh xung đột với các đơn vị còn lại - Ảnh: Trevor Smith và cộng sự

Thụ phấn là bước vô cùng quan trọng đối với sự sinh trưởng và phát triển của các loại rau củ hạt; vì vậy mà vấn đề giảm sút số lượng các loài thụ phấn sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến an ninh lương thực thế giới. Do đó, ngày càng có nhiều phương án thụ phấn thay thế được đề xuất, đưa vào thực nghiệm.

Một trong những hướng đi có triển vọng nhất hiện nay là phát triển các robot thụ phấn, tức hệ thống tự động đưa phấn hoa vào không khí. Song, phương án này chỉ hiệu quả với một số cây trồng nhất định chứ không thể áp dụng đại trà cho tất cả các loại phấn hoa.

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học West Virginia đang tìm cách vượt qua giới hạn này bằng robot thụ phấn chính xác - tức loại robot được tích hợp nhiều chiến lược khác nhau nhằm đưa phấn đến đúng loại hoa có thể nhận chúng. Robot 6 tay được đặt tên Stickbug này là đề tài của bài báo được công bố sớm trên arXiv.

Tác giả Trevor Smith, Madhav Rijal cùng các cộng sự có viết trong bài: “Công trình này mô tả thiết kế Stickbug - robot 6 tay, đa tác tử, có khả năng thụ phấn chính xác nhờ kết hợp độ tinh nhạy của các hệ thống đơn tác tử vào hệ song song vận hành tại các nhà kính. Robot thụ phấn chính xác không phải là phát minh xa lạ, song luôn gặp phải vấn đề vận hành song song và nhân rộng quy mô. Stickbug giải quyết những bài toán khó khăn này bằng cách cho phép mỗi tay và bộ truyền động tương ứng hoạt động như một đơn vị tự động độc lập, qua đó giảm thiểu công sức cài đặt trước.”

Được biết Stickbug được xây dựng trên nền tảng BrambleBee - sản phẩm do nhóm nghiên cứu của Smith và Rijal công bố vài năm trước. Trong khi “tiền bối” BrambleBee có thể thụ phấn chuẩn xác cho các loài hoa thuộc Chi Mâm xôi (như mâm xôi đen và đỏ), nó chỉ bao gồm một bộ điều khiển, gây khó khăn cho việc nhân rộng quy mô mà thời gian hoàn thành nhiệm vụ cũng rất lâu.

Vì vậy mà cả nhóm quyết tâm chế tạo loại robot mới với nhiều cánh tay để thụ phấn đồng thời nhiều bông hoa cùng một lúc. Thành quả nỗ lực này chính là Stickbug - robot có tới 6 bộ truyền động có khả năng thực hiện các nhiệm vụ thụ phấn độc lập với nhau.

Smith, Rijal cùng cộng sự giải thích trong bài báo: “Stickbug sử dụng hệ truyền động ràng buộc lẫn nhau Kiwi để giúp điều hướng các tay di chuyển giữa các hàng cây hẹp trong nhà kính. Nó có cọc trung tâm cao làm giá đỡ cho nhiều tay thụ phấn và giúp chúng với tới các bông hoa trên cao, có mô hình nhận diện và phân loại các loài hoa Chi Mâm xôi, và có nỉ bọc ở đầu mỗi cánh tay phục vụ cho việc lấy phấn qua tiếp xúc.”

Tiến hành thực nghiệm, nhóm nguyên cứu đã dựng nguyên mẫu Stickbug trong nhà kính với nhiều cây mâm xôi nhân tạo (do thực nghiệm không diễn ra vào đúng mùa hoa nở). Nhiệm vụ robot phải thực hiện là thụ phấn cho nhiều bông hoa nhất trong khoảng thời gian 5 phút.

Phần kết quả bài báo ghi nhận: “Trung bình Stickbug có khả năng thực hiện hơn 1,5 đợt thụ phấn mỗi phút, với tỷ lệ thành công là 50%. Cơ sở dữ liệu nhận diện hoa Chi Mâm xôi đã được thiết lập và công bố rộng rãi, tương tự phần mềm vận hành Stickbug và file thiết kế.”

Trong tương lai không xa, mẫu robot của nhóm sẽ được thực nghiệm trên cây thật để xem xét tính khả thi. Tất nhiên, Stickbug sẽ còn được hoàn thiện và đối mặt với nhiều môi trường thụ phấn khác nhau trong thực tế, đặc biệt là tại các khu vực vắng bóng các loài thụ phấn và sản lượng mỗi mùa vụ ngày một trượt dốc.

Phần cuối bài nghiên cứu có đoạn: “Các công trình tương lai sẽ tiếp tục kiểm nghiệm trên cây thật vào đúng mùa hoa nở để cải thiện bộ nhớ, khả năng nhận diện hoa, cùng việc sơ đồ hoá đường đi tương đối giữa các bông hoa. Ngoài ra, chúng tôi còn lên kế hoạch tích hợp tính năng tìm kiếm và cân bằng số lượng hoa cần thụ phấn, cũng như áp dụng chế độ “trọng tài” nhằm lập bản đồ các bông hoa trong nhà kính, từ đó đưa các tay thụ phấn đến những khu vực nhiều bông hoa hay những bông chưa được tiếp xúc.

Huỳnh Trọng Nhân
(Lược dịch)