Cách robot chơi bóng bàn mở ra tương lai cho công nghệ cứu hộ thế hệ mới

Trong phòng thí nghiệm Biomimetics Robotics tại MIT, một cánh tay robot đang thực hiện những cú đánh bóng bàn với tốc độ và độ chính xác đáng kinh ngạc. Không chỉ đơn thuần là một dự án thú vị, công nghệ này đang mở ra những khả năng mới cho robot hình người trong các nhiệm vụ cứu hộ và tương tác với môi trường động.

Cánh tay robot đa khớp được gắn cố định tại một đầu bàn bóng, cầm vợt tiêu chuẩn và sử dụng hệ thống camera tốc độ cao cùng thuật toán dự đoán băng thông lớn. Công nghệ này cho phép robot nhanh chóng ước tính tốc độ, quỹ đạo của bóng và thực hiện nhiều kiểu đánh khác nhau - topspin, drive hoặc chop - để đưa bóng đến vị trí mong muốn trên bàn với các loại xoáy khác nhau.

Độ chính xác vượt trội trong môi trường tốc độ cao

Trong các bài kiểm tra, nhóm nghiên cứu đã liên tục ném 150 quả bóng về phía robot. Kết quả thật ấn tượng khi tỷ lệ đánh trúng đạt khoảng 88% trên tất cả các kiểu đánh. Đáng chú ý, tốc độ đánh trả của robot tiệm cận với các cầu thủ hàng đầu và nhanh hơn so với các thiết kế robot bóng bàn khác.

"Những vấn đề mà chúng tôi đang giải quyết, đặc biệt liên quan đến việc đón bắt vật thể một cách nhanh chóng và chính xác, có thể hữu ích trong các tình huống robot cần thực hiện các thao tác động và lên kế hoạch gặp đối tượng trong thời gian thực," David Nguyen, sinh viên sau đại học tại MIT chia sẻ.

Sự cân bằng giữa tốc độ và độ chính xác là điểm đặc biệt của dự án này. Trong khi các hệ thống robot thông thường thường phải đánh đổi giữa tốc độ và độ chính xác, robot bóng bàn MIT đạt được cả hai yếu tố - đánh trúng bóng trong vòng chưa đầy 300 mili giây và đưa bóng đến đúng vị trí mong muốn.

Từ phòng thí nghiệm đến ứng dụng thực tế

Khác với các robot bóng bàn chuyên dụng khác như của Omron hay Google DeepMind, nhóm nghiên cứu MIT tập trung vào việc phát triển công nghệ có thể chuyển giao cho các hệ thống đa năng hơn.

"Với robot của chúng tôi, chúng tôi đang khám phá cách các kỹ thuật được sử dụng trong bóng bàn có thể chuyển sang một hệ thống tổng quát hơn, như robot hình người có thể thực hiện nhiều việc khác nhau, hữu ích," Kendrick Cancio, đồng tác giả nghiên cứu giải thích.

Nhóm đã điều chỉnh một cánh tay robot nhẹ, công suất cao được phát triển như một phần của MIT Humanoid - một robot hai chân, hai tay có kích thước của một đứa trẻ nhỏ. Mỗi cánh tay có bốn khớp được điều khiển bằng động cơ điện, và đội nghiên cứu đã thêm một bậc tự do ở cổ tay để kiểm soát vợt bóng bàn.

Tốc độ tiệm cận với con người

Sau khi tinh chỉnh hệ thống, các nhà nghiên cứu đã ghi nhận tốc độ đánh bóng lên đến 19 mét/giây (khoảng 68 km/h). Con số này khá ấn tượng khi so sánh với vận động viên chuyên nghiệp có thể đạt tốc độ từ 21 đến 25 mét/giây.

Tỷ lệ thành công của robot đồng đều ở các kiểu đánh: 88,4% cho đánh topspin, 89,2% cho đánh chop và 87,5% cho đánh drive. Sự ổn định này là kết quả của việc kết hợp giữa thuật toán điều khiển tối ưu, hệ thống camera tốc độ cao và ba máy tính xử lý đồng thời để phân tích hình ảnh, ước tính trạng thái bóng và chuyển đổi thành lệnh cho động cơ.

Vượt ra khỏi giới hạn của bóng bàn

Giá trị thực sự của dự án nằm ở tiềm năng ứng dụng rộng rãi hơn. Công nghệ phía sau robot bóng bàn có thể cải thiện tốc độ và khả năng phản ứng của robot hình người, đặc biệt là trong các tình huống cứu hộ và các tình huống robot cần phản ứng hoặc dự đoán nhanh chóng.

Các kỹ thuật được phát triển - bao gồm thị giác máy tốc độ cao, dự đoán quỹ đạo và điều khiển chính xác - đều là những khả năng cần thiết cho robot hoạt động trong môi trường động, nơi các đối tượng chuyển động nhanh và không thể đoán trước.

Trong tương lai gần, nhóm nghiên cứu dự định mở rộng phạm vi hoạt động của robot bằng cách gắn nó lên một hệ thống di động, cho phép nó phủ sóng nhiều khu vực của bàn hơn và đánh trả nhiều kiểu đánh đa dạng hơn.

"Một điểm lớn về bóng bàn là dự đoán độ xoáy và quỹ đạo của bóng, dựa trên cách đối thủ đánh nó, điều mà một máy phát bóng tự động không thể cung cấp," Cancio nhấn mạnh. "Robot như thế này có thể mô phỏng các thao tác mà đối thủ sẽ thực hiện trong môi trường trận đấu, từ đó giúp con người chơi và cải thiện kỹ năng."

Nghiên cứu này không chỉ dừng lại ở việc tạo ra một đối thủ bóng bàn ảo. Những bài học từ dự án đang được áp dụng vào MIT Humanoid - robot hai chân đang được phát triển để thực hiện các động tác phức tạp như điều hướng địa hình không đồng đều, nhảy, chạy và thậm chí là nhào lộn ngược, với mục tiêu cuối cùng là triển khai cho các hoạt động tìm kiếm và cứu hộ.

Với sự hỗ trợ từ Viện Nghiên cứu Robot và AI, nhóm nghiên cứu đang tiếp tục hoàn thiện công nghệ, hướng tới một tương lai nơi robot có thể phản ứng và tương tác với môi trường động một cách tự nhiên như con người.