Làn sóng AI & Đổi mới 👁️ 5,889,402 lượt xem ~9 phút đọc

Robot thế hệ mới: Từ chó máy Boston Dynamics đến cánh tay phẫu thuật Da Vinci

Chó máy Spot giữ thăng bằng sau cú đá mạnh, robot Atlas nhào lộn backflip và cánh tay Da Vinci mổ chuẩn xác từng milimet bên trong cơ thể người. Bóc trần ranh giới kỹ thuật cơ khí, cảm biến con quay hồi chuyển và nghịch lý Moravec trong kỷ nguyên tự động hóa.

1. Ranh giới giữa phim khoa học viễn tưởng và thực tại cơ khí

Trong suốt nhiều thập kỷ của thế kỷ 20, robot trong tâm trí phần lớn nhân loại chỉ là những cỗ máy cồng kềnh, bất động, được lập trình sẵn để lặp đi lặp lại một vài động tác hàn gắn cơ bản trên dây chuyền sản xuất ô tô của General Motors hay Toyota.

Chúng hoàn toàn mù quáng trước thế giới thực: Nếu một linh kiện bị đặt lệch chỉ vài milimet, cỗ máy vẫn sẽ hàn vào không khí.

Nhưng trong thập niên vừa qua, một bước nhảy vọt về cơ khí chính xác, cảm biến thị giác máy tính và thuật toán cân bằng động học đã kéo robot bước ra khỏi bốn bức tường nhà máy:

  • Những chú chó bốn chân bằng kim loại sải bước trên băng tuyết, bị con người đạp mạnh vẫn tự giữ thăng bằng không ngã.
  • Những robot hình người nặng 80 kg thực hiện các cú nhào lộn ngược (backflip) tiếp đất hoàn hảo trên các gờ hẹp.
  • Những cánh tay robot mảnh khảnh đi xuyên qua vết rạch nhỏ trên da người, bóc tách từng mạch máu mà không làm đứt một dây thần kinh.

Đây không phải là kỹ xảo điện ảnh CGI. Đây là cuộc cách mạng của Robot thế hệ mới (Next-Generation Robotics).


2. Bốn biểu tượng định hình bốn đỉnh cao kỹ thuật

Cuộc cách mạng robot hiện đại được định hình bởi 4 cỗ máy đại diện cho 4 hướng tiếp cận công nghệ hoàn toàn khác nhau:

1. Boston Dynamics (Atlas & Spot) – Đỉnh cao của cân bằng động học (Dynamic Balance)

Phần lớn các kỹ sư chế tạo robot trong quá khứ chọn giải pháp dùng bánh xe vì nó ổn định và dễ kiểm soát. Nhưng bánh xe trở nên vô dụng trước các bậc cầu thang, đống đổ nát, bậc đá gồ ghề hay rừng rậm bùn lầy.

Boston Dynamics – ban đầu được tài trợ bởi Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng Mỹ (DARPA) – đã giải quyết bài toán di chuyển bằng chân (Legged Locomotion) thông qua một kiến trúc kỹ thuật phi thường:

  • Sử dụng hệ thống van điều áp thủy lực thu nhỏ hoạt động ở áp suất cực cao, mang lại mật độ công suất (power density) vượt trội hơn hẳn các động cơ điện thông thường.
  • Kết hợp cảm biến con quay hồi chuyển (gyroscope), cảm biến gia tốc và hệ thống camera quét laser LiDAR để liên tục đo đạc địa hình với tần suất hàng trăm lần mỗi giây.
  • Thuật toán điều khiển dự đoán mô hình (MPC): Robot không chờ cho đến khi mất thăng bằng mới phản ứng, mà nó liên tục tính toán tâm khối lượng (Center of Mass) để đưa chân ra đỡ lấy cú ngã tiếp theo một cách chủ động giống như phản xạ sinh học của loài chó hay con người.

2. Honda ASIMO – Kẻ tiên phong đặt nền móng cho robot hình người

Trước khi Atlas của Boston Dynamics gây sốt trên Internet, ASIMO (Advanced Step in Innovative MObility) của tập đoàn Honda là giấc mơ vĩ đại nhất của nhân loại về một người máy đồng hành thân thiện.

Ra đời sau hơn 15 năm nghiên cứu bí mật tại Nhật Bản, ASIMO là cỗ máy hình người đầu tiên có thể đi bộ linh hoạt trên hai chân với dáng đi tự nhiên, tự nhận diện bậc thang để leo lên xuống, né tránh chướng ngại vật di động và mở nắp chai nước rót vào ly bằng bàn tay 5 ngón cảm biến lực. Dù đã chính thức hoàn thành sứ mệnh và “nghỉ hưu” vào năm 2018, ASIMO đã chứng minh cho toàn thế giới thấy: Một cỗ máy hai chân hoàn toàn có thể cùng tồn tại an toàn trong không gian sống của con người.

3. Hệ thống phẫu thuật Da Vinci – Triệt tiêu giới hạn sinh học của đôi tay bác sĩ

Trong lĩnh vực y tế, hệ thống robot Da Vinci của tập đoàn Intuitive Surgical đã biến đổi hoàn toàn khái niệm mổ hở:

  • Bác sĩ phẫu thuật không còn đứng trực tiếp bên bàn mổ mà ngồi trước một bàn điều khiển 3D phóng đại độ nét cao.
  • Đôi tay của bác sĩ cầm vào các cảm biến điều khiển, truyền tín hiệu đến 4 cánh tay robot nội soi cắm vào cơ thể bệnh nhân.
  • Bộ lọc máy tính tự động khử hoàn toàn độ rung tự nhiên (tremor filter) của bàn tay con người. Cổ tay của robot (EndoWrist) có thể xoay linh hoạt 360 độ trong những góc hẹp của lồng ngực hay ổ bụng – điều mà xương khớp con người vĩnh viễn không thể làm được.

Hàng triệu ca mổ tim, phẫu thuật tiền liệt tuyến và cắt bỏ khối u ung thư phức tạp đã được thực hiện với mức độ xâm lấn tối thiểu, giảm thiểu mất máu và rút ngắn thời gian hồi phục từ hàng tháng xuống còn vài ngày.

4. SoFi (MIT) – Robot sinh học mềm mại dưới đáy đại dương

Khác với kim loại và thủy lực cứng nhắc, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Khoa học Máy tính và Trí tuệ Nhân tạo MIT (CSAIL) đã tạo ra SoFi (Soft Robotic Fish):

  • Thân và đuôi được làm hoàn toàn bằng cao su silicon mềm dẻo.
  • Chuyển động bằng cách bơm nước tuần hoàn vào hai khoang bên trong đuôi để tạo lực quẫy nước tự nhiên giống hệt một chú cá thật.
  • SoFi có thể bơi lặn cùng đàn cá ngừ, tiếp cận các rạn san hô mong manh ở độ sâu hơn 15 mét trong suốt 40 phút mà không hề gây tiếng ồn hay làm hoảng sợ các sinh vật biển. Đây là cánh cửa mở ra kỷ nguyên robot sinh học mềm (Soft Robotics) phục vụ nghiên cứu hải dương học.

3. Nghịch lý Moravec: Điểm gãy cốt lõi giữa phần cứng và trí tuệ

Nhìn vào những bước nhảy ngoạn mục của Boston Dynamics hay Da Vinci, nhiều người lo sợ rằng robot sẽ sớm thay thế hoàn toàn con người trong mọi công việc. Nhưng các kỹ sư công nghệ đều biết đến một bức tường nguyên lý gốc mang tên Nghịch lý Moravec (Moravec’s Paradox):

“Những gì khó khăn nhất đối với trí tuệ con người (như chơi cờ vua, tính toán ma trận, chẩn đoán bệnh lý) thì lại cực kỳ dễ dàng đối với máy tính. Nhưng những gì dễ dàng nhất đối với một đứa trẻ một tuổi (như nhận biết một quả táo, cầm nắm một quả trứng mà không làm vỡ, hay bước đi tự nhiên trên đống gạch vỡ) thì lại là bài toán khó đến mức điên rồ đối với robot.”

Ba nút thắt cổ chai kỹ thuật chưa thể giải quyết triệt để:

  1. Nút thắt về mật độ năng lượng (Battery Bottleneck): Atlas hay Spot chỉ có thể hoạt động liên tục từ 45 đến 90 phút trước khi phải cắm sạc. Cơ bắp sinh học của con người chuyển hóa năng lượng từ calo thức ăn hiệu quả gấp hàng chục lần so với pin lithium-ion hiện tại.
  2. Khả năng cầm nắm tổng quát (Dexterous Manipulation): Một bàn tay robot có thể nhặt chiếc cờ lê kim loại, nhưng khi chuyển sang nhặt một chiếc khăn ướt, một túi nylon trơn trượt hay bóc vỏ quả chuối, các thuật toán thị giác và xúc giác hiện tại hầu như đều bị mất phương hướng.
  3. Chi phí chế tạo và bảo dưỡng: Một hệ thống Da Vinci có giá hơn 1.5 triệu USD kèm chi phí bảo dưỡng hàng năm lên tới hàng trăm nghìn USD. Để đưa những cỗ máy này vào đời sống đại trà như một chiếc máy giặt, chi phí vật liệu và vi cơ điện tử (MEMS) phải giảm thêm ít nhất 2 bậc độ lớn (100 lần).

4. Bài học đóng đinh

Hồ sơ về sự tiến hóa của robot thế hệ mới để lại 3 kết luận rõ ràng:

  1. Phần cứng cơ khí là cái xác, thuật toán điều khiển thời gian thực mới là linh hồn: Động cơ và khớp nối kim loại chỉ là phần thô. Sự kỳ diệu của robot hiện đại nằm ở hàng triệu dòng code giải phương trình vi phân động học và bộ lọc Kalman để bù trừ sai số trọng lực trong từng phần nghìn giây.
  2. Tự động hóa không diễn ra bằng cách “sao chép y hệt con người”: Máy bay không cần đập cánh như chim để bay, tàu ngầm không cần quẫy đuôi như cá để lặn. Phần lớn robot hữu ích nhất trong tương lai sẽ mang hình thù tối ưu cho công năng cụ thể (cánh tay nội soi, xe tự hành trong kho Amazon) chứ không nhất thiết phải là một người máy hình nhân hai chân biết nói chuyện.
  3. Hợp tác người - máy (Cobot) là con đường thực tế nhất: Robot không thay thế bác sĩ trong phòng mổ Da Vinci, nó mở rộng năng lực của bác sĩ vượt qua giới hạn run tay của sinh học. Kẻ chiến thắng trong kỷ nguyên mới không phải là robot đơn độc, mà là con người biết làm chủ công cụ cơ khí chính xác để khuếch đại năng suất của chính mình.
📜 Xem toàn bộ transcript gốc tiếng Anh (1,998 từ)

Văn bản phụ đề nguyên bản tiếng Anh trích xuất trực tiếp từ video của ColdFusion phục vụ tra cứu và đối chiếu:

you were walking [Music] hi welcome to another ColdFusion video in the last robotics episode we took a look at the most realistic robots in terms of strictly interactional movement now we're going to take a look at the juicy stuff in this video we'll check out the cutting edge of three categories robotic dexterity versatility and overall innovation let's begin with dexterity when it comes to robotic dexterity and athleticism there's no one doing it better than Boston Dynamics the company now owned by the Japanese firm Softbank was founded in 1992 and has since risen to become the leader in robotics Atlas is a six foot humanoid robot that's been designed for search and rescue its abilities include navigating outdoor rough terrain and manipulating its environment in order to sea Atlas is equipped with stereo cameras and a laser rangefinder the robot is so advanced that it can now do some tasks that I'd say most humans couldn't this includes successful backflips when released in 2013 Atlas was an absolute breakthrough in humanoid robotics as it could easily walk on uneven surfaces and even snow-covered terrain and it can get up when knocked over this is something that the previous generation of humanoid robots couldn't manage maybe to put some minds at ease the Department of Defense has stated that it has no interest in using this robot for offensive or defensive warfare spot mini the k-9 inspired spot mini weighs about 25 kilograms or 55 pounds and is much lighter than other Boston Dynamics robots it runs off electricity and can operate for about one and a half hours spot mini is also the quietest robot from Boston Dynamics in February 2018 a videospot mini opening a door with a claw made it to number one on YouTube trendy and a lot of people did find it a bit creepy especially if they're a fan of black mirror but I really just see good mechatronics engineering so most of the footage that you've seen a spot mini is when the robot is malt anima smite but what some people might not know is that spot meaning he can actually be controlled by human he's a pretty cool example of a TEDTalk where that happens so this is Seth Davis who's my robot Wrangler today and he's giving spots some general direction by steering it around but all the coordination of the legs and the sensors is done by the robots computers on board it's Scott or a solid-state gyro and I am you on board it loves to use its dynamic gates like running and it's got one more some of you may see that as a head in the neck but believe me it's an arm and Seth is driving it around now he's actually driving the hand and the body is following so the two are coordinated in the way I was talking about before it the way people can do that and in fact one of the cool things that spa can do we call chicken head mode and it keeps its head head in one place in space and it moves its body all around there's a variation of this that's called twerking so spot I'm feeling a little thirsty could you get me a soda now for this demo Seth is not using doing any driving we have a lidar on the back of the robot and it's using these props we put on the stage to localize itself it's gone over to that location now it's using a camera that's in its and to find the cop picks it up and again Seth's not driving so we planned out a path for it to go it looked like it was going off the path and now it's that's going to take over control again because I'm a little bit chicken about having to do this by itself thank you spot [Music] [Applause] feel about having just finished your Ted performance me too thank you all and thanks to the team at Boston Dynamics we did all the hard work behind another way but that Boston Dynamics has is handle handle combines the dexterity of other Boston Dynamics robots but with wheels it stands six point five feet high and can travel about 15 kilometers an hour or nine miles now it also runs on battery and can travel a pretty impressive 24 kilometers or 15 miles in one charge and to add to this it can jump four feet high [Music] [Music] versatility Honda's a sumo robot takes the cake for the most versatile robot in terms of ease of integration into various target market s MO which stands for advanced step in innovative mobility has the ability to make sense of its environment via facial and sound recognition but this goes a step further s mo can also understand postures and gestures such as handshakes pointing or waving this enables the robot to interact with humans quite well it's also capable of detecting the movement of multiple objects including distance and direction this is achieved by two cameras and a Simoes head acting as its eyes s mo can follow a face alternates head to a person when being approached or spoken to the robot also has the ability to recognize general sounds such as an object falling or other loud noises overall the robot is very multifunctional and can perform a number of general tasks such as turning on light switches opening doors carrying objects and pushing carts now let's take a look at innovation this one comes from the field of medicine is the da Vinci robot I think it's a pretty good idea the da Vinci system is robotic technology that allows the surgeons hand movements to be translated into smaller more precise movements using tiny instruments inside of the patient's body the da Vinci has two parts a tower whether robotic arm operates and a separate console where it's been controlled by the surgeon tower is positioned directly over the patient during surgery and is equipped with four controlled computer arms three of them have a wealth of surgical instruments and the fourth is equipped with 3d cameras at the console booth the surgeon can operate the controls while looking through a stereoscopic monitor this monitor provides an HD 3d view of the area being operated on the end result is now hyper precise movement without human artifacts such as shaking he is an example of the system performing a mock surgery on a grape [Music] in the medical field the da vinci is currently used for cardiac surgery general surgery head and neck surgery urology surgery and various other surgeries so finer and more controlled movements surely have their advantages but some critics know that the da Vinci system ultimately limits the creative freedom because the software can't be altered by physicians so let's move from the operating table to somewhere completely different deep-sea exploration and we'll start off by Stanford's ocean 1 robot this robot is pretty interesting it's a humanoid Android that stands in between a human diver and an autonomous underwater vehicle Stanford's ocean one robot is supposed to dive into areas that are too dangerous for humans and likely to be damaged by traditional autonomous vehicles areas such as coral reefs ocean one is controlled by a human who receives haptic feedback on the controls when the robot touches something so the next robot takes this idea a little bit further it's a fish robot called sofa in general we as humans know next to nothing about the vast oceans on this planet and the life that lives within it for example the very first footage of the elusive greenland shark which can live for more than four hundred years was only captured in 2011 one solution is to have a robot that actually looks like a convincing part of Wildlife so it can swim close to you and study ocean ecosystems without being detected MIT researchers have recently just successfully tested so fire in deep diving and it can swim up to 40 minutes at once it easily handled currents and took high-resolution photos and videos using a fisheye lens somewhat ironically Robert Katzman is head of this research at MIT his computer and science artificial intelligence laboratory and he says quote to our knowledge this is the first robotic fish that can swim underneath in three dimensions for extended periods of time we are excited about the possibility of being able to use a system like this to get closer to marine life than humans could ever get on their own end quote the scientists hope that Sophia can shed some light on the oceans deep mysteries staying on the topic of animals our next robot is a cat open cat is an interesting approach to robotics it's a low-budget yet capable simple kit project for those wanting to learn about robotics inventor wrong Zhong Li explains quote we are developing programmable and highly maneuverable quadruped robots for STEM education and AI enhance services its compact and Bionic design makes it the only affordable consumer robot that mimics various mammal behaviors and reacts to his surroundings its innovative soft joints reduce wear or shot and extends the lifetime of Hardware end quote there are two versions one that uses an Adreno motion module for real-time adaption and a full version which uses a Raspberry Pi to enable AI enhanced perception the PI brings Wi-Fi Bluetooth and touch distance sensors voice and night vision capabilities the project is geared at the less taking client who still want to have some fun and something to play with Li's states that the end goal would be like a little robotic cat Alexa or Android phone with an app store that you can download third-party applications and functions for he hopes the end price will be about the same as the average smartphone okay so this last one may not be a perfect fit but I thought I'd chuck it in these are robots whose sole purpose are to create as much damage as possible and no I'm not gonna be revealing a secret rise of terminator what I'm talking about is those backyard build robots from battle bots in America and robot wars in UK when I was about seven or eight years old I used to adore robot wars in fact I've told you guys before that the name of this channel was based on my old high school band's name but even before that cold fusion was the name of a robot I built in primary school anyhow I had a look at the new american version of battle bots and it's come so far it's almost like a sportin ways with different strategies and excited commentators as you can see there's some insane effort put into some of these machines [Music] but as far as pure destruction goes the title for this category has to go to Tombstone in the American series [Music] [Applause] [Applause] so with that we've come to the end of the video so which robot was your favorite and why so to recap we have the efforts from Boston Dynamics with almost human-like balance and agility the friendly robot from Honda a Simone the surgical DaVinci robot that increase of the technical abilities of surgeons ocean 1 and Android diver Sophia a swimming fish robot open cat aiming to bring robotics to everyone and lastly backyard built fighting robots let me know in the comments section below so I want to thank you guys for watching the whole way through this video if you're new here feel free to subscribe this has been - go go you've been watching cold fusion and I'll catch you again soon for the next video cheers guys have a good one [Music] [Applause] [Music] [Applause] [Music] you