Tiến triển trong phòng thí nghiệm
Một vài ứng dụng robot lai sinh học hiện nay có thể kể đến như các bộ phận nhân tạo dùng trong y học, robot được nuôi cấy các sợi nấm vào phần cứng, robot mô phỏng và có cơ chế tự nhân như vi sinh vật... Bằng cách kết hợp các vật liệu và thiết kế nhân tạo với thành phần sinh học, các nhà khoa học đã phát triển nhiều giải pháp chế tạo robot mới khai thác khả năng thích ứng của mô cơ, độ nhạy của các tế bào và thậm chí là khả năng tính toán của các tế bào thần kinh.
Theo CNN, một nhóm nghiên cứu của Trường đại học Cornell (Mỹ) vừa chế tạo hai loại robot có thể cảm nhận và phản ứng với môi trường bằng cách khai thác các tín hiệu điện và độ nhạy sáng do nấm tạo ra để kích thích chuyển động. Những robot này là thành tựu mới nhất trong lĩnh vực robot lai sinh học - phương pháp kết hợp vật liệu sống sinh học như tế bào thực vật, động vật hoặc côn trùng với các thành phần tổng hợp để tạo ra các thực thể một phần là sinh vật và một phần là thiết bị cơ khí.
Hiện nay, robot lai sinh học phần lớn vẫn dừng ở nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, song các nhà khoa học gần như chắc chắn về một tương lai ứng dụng rộng mở, khi robot mô phỏng loài sứa có thể khám phá đại dương, gián cyborg (sinh vật bao gồm cả phần sinh học và cơ học) có thể tìm kiếm người sống sót sau động đất…
Giáo sư ngành kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ Robert Shepherd thuộc Trường đại học Cornell, người đứng đầu một nghiên cứu mô tả chi tiết về robot được công bố ngày 28/8 trên tạp chí Science Robotics, cho biết: “Robot lai sinh học là nỗ lực tìm kiếm các thành phần trong thế giới sinh học mà chúng ta có thể khai thác, hiểu và kiểm soát để giúp các hệ thống nhân tạo hoạt động tốt hơn”. Theo ông, các nhà nghiên cứu đã phát triển thành công robot có một phần là nấm, một phần là máy, nhờ đó có thể vận hành robot chuyển động mà không cần dây nối với nguồn điện.
Bước tiến này đã thu hút sự chú ý của giới khoa học. “Họ đã nuôi cấy các cấu trúc giống sợi nấm, có thể tạo thành các mạng lưới cảm nhận, giao tiếp và vận chuyển hoạt động giống như các tế bào thần kinh trong não”, Phó Giáo sư Victoria Webster-Wood tại Nhóm nghiên cứu robot hữu cơ và lai sinh học của Trường đại học Carnegie Mellon ở Pittsburgh (Mỹ) cho biết. Bà đánh giá: “Thật thú vị khi thấy nhiều nghiên cứu về robot lai sinh học vượt ra ngoài phạm vi trước đây thường ứng dụng từ mô người, động vật và côn trùng. Nấm có thể có lợi thế hơn các phương pháp lai sinh học khác về điều kiện cần thiết để duy trì sự sống của chúng. Nếu chúng có khả năng chống chịu tốt hơn với các điều kiện môi trường, thì robot lai sinh học được cấy ghép nấm có thể trở thành ứng cử viên tuyệt vời phục vụ cho mục đích giám sát nông nghiệp hoặc thám hiểm biển sâu”.
Trong lịch sử nghiên cứu, đã có nhiều phương pháp kết hợp sinh học và robot. Các nhà khoa học đánh giá: “Nghiên cứu về robot lấy cảm hứng từ sinh học và mô phỏng sinh học nằm ở giao điểm thú vị giữa các giải pháp kỹ thuật hướng ứng dụng và khoa học cơ bản hướng giả thuyết”. Bằng cách lấy cảm hứng từ những hệ thống sinh học sống, các nhà khoa học đã tạo ra những robot di động có khả năng hoạt động trong môi trường thực tế.
Năm 2018, sự ra đời của robot siêu nhỏ có thể đưa thuốc vào đúng vị trí cần dẫn trong cơ thể người đã tạo ra bước đột phá cho sản phẩm dạng lai tạo sinh học. Robot này vốn là các tế bào sinh học của tảo xoắn, đã được can thiệp nhân tạo để bổ sung những tính năng dẫn dược. Chúng được đánh giá cao do không chỉ giúp mang thuốc đến nơi cần đến mà còn có khả năng tự hủy không để lại di chứng cho bệnh nhân.
 |
Các nhà khoa học kết hợp tế bào nấm với robot nhân tạo. Ảnh: CNN |
Tương lai của robot lai sinh học
Trong bài báo công bố kết quả nghiên cứu trên Iop Science, Giáo sư ngành máy tính phi truyền thống Andrew Adamatzky tại Trường đại học West of England ở Bristol (Mỹ) cho biết, phòng thí nghiệm của ông đã sản xuất hơn 30 thiết bị cảm biến và máy tính sử dụng tế bào nấm sống vừa để điều khiển, vừa tạo năng lượng. Phòng thí nghiệm cũng dùng nấm để phát triển lớp da tự phục hồi cho robot có thể phản ứng với ánh sáng và cảm ứng. “Về cơ bản, tất cả tế bào sống đều tạo ra các gai giống như điện thế hoạt động và nấm cũng không ngoại lệ”, ông giải thích.
Tuy vậy, việc thiết kế một hệ thống lớn có thể sử dụng các tín hiệu điện nhỏ từ sợi nấm để điều khiển robot là một bài toán khó. Còn nhà nghiên cứu Rafael Mestre, giảng viên tại Khoa Điện tử và khoa học máy tính thuộc Trường đại học Southampton (Anh), lo ngại nếu robot lai sinh học trở nên tinh vi hơn và được triển khai ở đại dương hoặc hệ sinh thái khác, nó có thể phá vỡ môi trường sống, thách thức sự phân biệt truyền thống giữa sự sống và máy móc.
Theo một nghiên cứu trên tạp chí Bioinspiration & Biomimetics công bố năm 2023, việc tích hợp các công cụ từ thiên nhiên vào hệ thống robot có thể giải quyết nhiều thách thức lớn trong ngành robot hiện nay, chẳng hạn như mức tiêu thụ điện năng, khả năng chống chịu va đập và khả năng thích ứng trong các môi trường phức tạp… Một số ứng dụng thực tế như robot vi sinh vật, robot lai sinh học được thiết kế dựa trên các mô trong cơ thể người hoặc động vật, hay xa hơn là cyborg và người máy. Ngoài những tiến bộ trong ngành robot, các robot lai sinh học có thể giúp đào sâu nghiên cứu về vật lý sinh học và sinh học cơ bản. Ngành nghiên cứu này có thể vừa cung cấp thông tin vừa thúc đẩy sự hiểu biết của con người về các hệ thống sinh học.
Mặc dù lĩnh vực này còn trong giai đoạn sơ khai, các hệ thống thử nghiệm đã cung cấp sự hiểu biết và có thể ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y khoa, tìm kiếm cứu nạn, giám sát môi trường hay tích hợp các vật liệu mới... Trong số những công nghệ robot lai sinh học, hệ thống người máy cho thấy tiềm năng lớn trong các hoạt động tìm kiếm và cứu nạn. Những phương pháp tìm kiếm và cứu nạn hiện nay vẫn phải dựa vào các đội cứu hộ và chó nghiệp vụ, cùng thiết bị xây dựng hạng nặng…, vốn thường bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường. Trong khi yêu cầu tìm kiếm, cứu nạn, ứng phó khủng hoảng ngày càng tăng cao, đây cũng là một trong những lĩnh vực đầu tiên có thể sử dụng rộng rãi các thiết bị robot lai sinh học ngoài phòng thí nghiệm. Tìm kiếm và cứu nạn có nhu cầu cấp thiết đối với những thiết bị di động quy mô nhỏ có thời lượng pin dài, khả năng di chuyển an toàn qua các bãi đổ nát nguy hiểm và khả năng duy trì hoạt động trong môi trường có thể có hóa chất và khí độc hại.
Các thiết bị quy mô nhỏ này có thể được sản xuất hàng loạt với chi phí thấp và thậm chí lấy năng lượng từ chính côn trùng vận chuyển nó. Bằng cách khai thác những sinh vật có khả năng sinh tồn cao như gián, ong…, các hệ thống này có thể hoạt động mà không cần thức ăn hoặc thậm chí là nước trong thời gian dài. Mặc dù vậy, vẫn cần quá trình nghiên cứu và phát triển cho đến khi có thể mở rộng và kiểm soát công nghệ này.
