Nếu bạn có một cấu trúc đủ lớn để có thể gắn các bánh xe, bánh răng, và nhiều linh kiện khác với một nguồn cung cấp linh kiện điện tử vô hạn thì bạn có thể kết hợp chúng với nhau để tạo nên một con robot hình người có thể sống, thở, đi lại và nói chuyện không?

Nghe như là một câu hỏi nhưng thực sự có rất nhiều điều cần giải đáp ở đây. Đầu tiên, về vấn đề kỹ thuật có khả năng chế tạo một con robot sánh ngang với con người được không. Đồng thời có một câu hỏi lớn hơn đó là tại sao bạn lại muốn chế tạo ra con robot đó và liệu nó có thực sự hữu ích. Tại sao chúng ta lại muốn chế tạo ra một bản sao phức tạp của chính mình trong khi con người có thể sinh sản một cách dễ dàng? Và nếu có một lý do thật sự chính đáng để chúng ta làm vậy, thì hướng đi nào là tối ưu nhất để làm điều đó? Trong bài viết này, chúng ta sẽ bàn về robot là gì, cách để chế tạo robot và ứng dụng của robot đối với chúng ta.

Người bạn tưởng tượng

Hãy nhắm mắt lại và thử nghĩ về “robot”. Những hình ảnh nào sẽ lướt qua tâm trí bạn? Đa số đều sẽ là những nhân vật hư cấu như R2-D2 or C-3PO từ phim Star Wars. Rất giống với con người với hình dáng có tay, chân và tất nhiên có màu của kim loại. Trừ khi là bạn là việc trong môi trường chế tạo robot, tôi nghi ngờ bạn sẽ hình dung ra một con rắn kim loại hay là một con gián đồng hồ, một con robot vô hiệu hoá boom hay là một con Roomba hút bụi.

Với những gì bạn hình dung như vậy, nói cách khác bạn đã dựa vào khoa học viễn tưởng hơn là thực tế, tưởng tượng nhiều hơn thực tại. Những con robot mà chúng ta thấy trên TV đều có xu hướng giống với hình người còn những con robot nhàm chán xung quanh chúng ta (như những cánh tay hàn trong các nhà máy sản xuất xe hơi) lại thực dụng hơn, tính giải trí ít hơn. Vì một số lý do, các nhà văn khoa học viễn tưởng thường mang lại sự ám ảnh với việc robot trở nên hoàn hảo hơn, thay thế con người. Có lẽ là điều đó sẽ làm cho câu chuyện được hấp dẫn hơn, nhưng nó không hề phản ánh đúng tình trạng khoa học robot hiện nay, với sự chú trọng phát triển các con robot có khả năng làm việc cùng với con người.

Làm thế nào để bạn có thể chế tạo một con robot?

Nếu những con robot giống như C-3PO thực sự tồn tại, vậy thì làm sao để họ có thể tạo nên nó? Điều gì sẽ làm nên một con robot giống như con người?

Để viết lên một câu chuyện những con robot thông minh kiểm soát cả hành tinh thì thật là dễ dàng, nhưng thử nghĩ xem nếu bạn tự mình chế tạo robot thì bạn sẽ tiến được bao xa. Bạn sẽ bắt đầu từ đâu? Trên thực tế, việc đầu tiên mà các kỹ sư robot bắt đầu làm là chia nhỏ vấn đề thành các phần nhỏ và dễ dàng quản lý hơn. Về cơ bản, có 3 vấn đề chúng ta cần giải quyết để làm được một con robot:

1, Cảm nhận (xác định được các vật thể xung quanh)

2, Nghĩ về các vật được xác định đó (theo cách không được thông minh như con người, và đó cũng là vấn đề mà chúng ta cần tìm hiểu)

3, Hành động động (di chuyển hoặc tác động vật lý lên các vật thể được xác định và suy nghĩ về hành động đó.

Trong tâm lý học (khoa học về hành vi con người) và trong khoa học robot, những thứ được gọi là nhận thức (cảm giác), trí thức (suy nghĩ) và hành động (di chuyển). Một số robot chỉ có một hoặc hai trong số đó. Ví dụ như cánh tay hàn trong các nhà máy, đa số chúng đều là hành động (mặc dù chúng có hệ thống cảm biến), trong khi robot hút bụi thì chúng chủ yếu là nhận thức và hành động, không có ý thức để nói. Và chúng ta sẽ thấy rằng trong một khoảnh khắc, sẽ có một cuộc tranh luận là robot có thực sự cần trí thức hay không bởi vì đa số các kỹ sư đều đồng ý máy móc cần nhận thức và hành động.

Nhận thức (cảm nhận)

Chúng ta đều biết rằng, con người khi sinh ra đều sở hữu 5 giác quan, nhưng với robot, làm sao có thể làm cho nó có khả năng cảm nhận được những thứ xung quanh như con người?

Khả năng nhìn

Có rất nhiều nghiên cứu về khả năng nhìn của con người đối với não bộ. Nhưng đa số đều cho rằng có tới 25-60% bộ não của chúng ra dung để xử lý hình ảnh từ mắt nhận được mà xây dựng nó thành mô hình 3D của thế giới. Còn đối với máy móc thì khá đơn giản. Tất cả những gì chúng ta cần làm là trang bị cho nó một đôi mắt được làm từ cảm biến ảnh kỹ thuật số. Nhưng để có thể hiểu được những gì mà camera thu lại, máy móc cần có nhận thức ví dụ như một mẫu vật màu cam và đen.

Giống như các vấn đề khác trong robot, việc “Làm thế nào để robot có thể thấy và cảm nhận” nó thực sự khó hơn so với giải quyết một vấn đề thực tế. Nếu như bạn đang thiết kế một con robot hút bụi, bạn có thể dành ra vài năm để trả lời câu hỏi “làm sao để nó có thể thấy” một căn phòng? Hay những vật thể xung quanh? Hoặc là bạn không cần quan tâm đến việc nó có nhìn thấy hay không. Hãy cứ để robot di chuyển, khi va vào vật gì đó thì nó dừng lại và di chuyển sang hướng khác.

Nhận thức, nó không hẳn là khả năng nhìn. Có một dự án đầy tham vọng về khả năng tự lái xe. Đa số chúng ta khi xem xong những bộ phim viễn tưởng thường nghĩ ra đó là làm một con robot siêu giống hình người và đặt nó vào ghế lái của một chiếc ô tô. Và để con robot đó làm tất cả những việc mà con người làm khi điều khiển một chiếc ô tô: Nhìn qua kính chắn gió bằng đôi mắt kỹ thuật số, phản ứng hành động bằng tay chân,… Nhưng tất nhiên, thực tế không phải là những bộ phim Star War với những con robot hình người. Cách mà các kỹ sư đã nghĩ ra đó là chế tạo một chiếc xe với khả năng tự lái mà không cần bất kì ai ngồi vào đó cả. Thay vì sử dụng mắt kỹ thuật số, bạn sẽ sử dụng những  cảm biến điều hướng như GPS, sonar, radar, hồng ngoại, gia tốc và bất kì những cảm biến nào có khả năng tạo nên một hình ảnh theo cách mà robot hiểu. Và những gì bạn cần làm sau đó để giữ cho robot được an toàn trong quá trình chuyển động của nó.

Khả năng nghe.

Cũng giống như khả năng nhìn là một cách hiểu sai khi nói về thị giác máy, do đó các giác quan của con người (thính giác, khứu giác, vị giác, xúc giác) đều không có bản sao hoàn hảo chính xác trong thế giới robot. Để có thể nhìn, robot cần mắt và bạn có thể hiểu là vô vàn các cách khác nhau để tạo ra con mắt đó. Và nghe cũng vật nhưng khá là đơn giản hơn, robot sử dụng micro để chuyển đổi tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện và được xử lý kỹ thuật số. Việc lấy mẫu tín hiệu âm thanh khá đơn giản, phân tích tần số chứa trong đó (ví dụ như sử dụng bộ giải mã toán học gọi là biến đổi Fourier) và so sánh với tần số mẫu được lưu trữ. Nếu tần số đó khớp với tần số được lưu mẫu, robot sẽ chuyển thành dạng tín hiệu để có thể hiểu được và từ đó tạo nên khả năng nghe cho robot.

Khả năng ngửi

Chắc chắn bạn sẽ nghĩ rằng việc xây dựng mũi cho robot sẽ là một thách thức kỹ thuật, nhưng đó chỉ là vấn đề của việc chọn cảm biến phù hợp. Thật vậy, mũi thực sự là một hệ thống nhận biết hoá học, các phân tử hơi từ thịt xông khói, nước hoa trôi vào mũi chúng ta và liên kết với các tế bảo tiếp nhận, kích thích chúng bằng điện hoá. Bộ não chúng ta sẽ làm phần còn lại, xử lý những tín hiệu đó và đưa ra cho chúng ta kết quả. Tuy nhiên bộ não của chúng ta được xây dựng một cách phức tạp, chẳng hạn như tại sao chúng ta có thể nhớ những mùi mà đã từng ngửi, thật là khó để có thể giải thích được điều đó.

Việc xây dựng mũi cho robot không phải không khả thi. Thực tế các nhà khoa học đã nghiên cứu và chế tạo thành công cảm biến mùi đơn giản, có khả năng chuyển hoá mùi thành dạng tín hiệu điện. Và việc khó khăn ở đây không phải là tính toán mà là cách đại diện tín hiệu đó cho loại mùi – “cái này có mùi gì”. Nó cũng chính xác giống như việc nghe hoặc nhìn, việc cần làm là xác định những dạng mẫu để robot có thể hiểu được.

Các giác quan khác

Cánh tay robot đã ra đời từ nửa thế kỷ nay, nhưng việc làm cho nó hoạt động được giống như bàn tay con người thì đó là cả một thách thức lớn. Hãy tưởng tượng đến khi nào mà những con robot có thể chơi các bản nhạc của Beethoven, thực hiện những cuộc phẫu thuật với độ chính xác cực kì cao, làm hang ngàn thứ mà con người có thể làm với đôi tay tỉ mỉ của mình. Theo tờ New York Times đã đưa tin vào tháng 9 năm 2014, việc chế tạo robot với bàn tay con người là một trong những vấn đề thú vị nhất trong nghiên cứu robot.

Vị giác cũng vậy, đơn giản là sử dụng các cảm biến hoá tích hợp, sử dụng các máy đo nồng độ pH, máy đo độ nhớt,…. Và tất nhiên để mang lại hương vị cho robot cũng cần một chặng đường dài xây dựng các mẫu vị.

Một trong những điều mà các nhà khoa học đã tự giới hạn cho robot chỉ có những giác quan của con người, điều tuyệt vời ở đây là thực tế robot không có giới hạn nào cả. Chỉ cần sử dụng các cảm biến phù hợp. Robot hoàn toàn có thể nhìn được mọi loại quang phổ, điều hướng từ trường, theo dõi vị trí,…. Điểm ưu việt của robot khi so sánh với con người là sự không giới hạn của nó.

Trí thức (suy nghĩ)

Suy nghĩ về những suy nghĩ là công thức để giải quyết vấn đề suy nghĩ. Nghe có vẻ thật mệt mỏi, hãy xem lại các cuốn sách, bài báo được xuất bản về trí tuệ nhân tạo kể từ khi nhà khoa học máy tính người Anh Alan Turing phát triển một thử nghiệm gọi là thử nghiệm Turing về một cách xác định xem liệu một chiếc máy có “thông minh” vào năm 1950. Và kể từ đó, các nhà tâm lý học, triết gia và khoa học máy tính đã vật lộn tìm kiếm cho lời giải về “trí thông minh” của máy tính.

Tuy nhiên theo một số ý kiến khác, Kevin Warwick viết trong cuốn March of the Machines của ông. Trí thông minh là khái niệm vốn có của con người. Các bài test trí thông minh của con người đo lường khả năng thông minh của bạn thực tế không cần thiết và có ích trong thế giới thực. Việc phát triển các máy móc được điều khiển bởi con người được gọi là thông minh không phải là mục tiêu thực sự của nghiên cứu robot hiện đại. Mà mục tiêu chính là sản xuất hang triệu máy móc có thể hoạt động hiệu quả cùng với hàng tỷ người. Tăng cường khả năng làm việc của con người hoặc làm những việc mà con người không muốn làm vì một lý do gì đó. Và những điều đó không cần sự thông minh. Theo các kỹ sư thực dụng như Warwick, robot cần được đánh giá theo những cách riêng và theo nhiệm vụ cụ thể chứ không phải theo khái niệm trí thông minh.

Trí tuệ cảm xúc

Cho dù có được coi là thông minh hay không, máy tính và robot đều mang lại tính nhất quán trong nhiều vấn đề, nơi mà con người thường có nhiều cảm xúc và không dễ dàng gì nhất quán được. Bạn có muốn một đồng nghiệp lạnh lùng, logic và siêu thông minh, có khả năng giải quyết mọi vấn đề mà không bao giờ phạm sai lầm? Hay là một đồng nghiệp thân thiện dễ gần tuy nhiên có khả năng phạm sai lầm? Đa số mọi người sẽ chọn cái thứ hai vì đơn giản nó giúp cho việc làm việc nhóm trở nên hiệu quả hơn và đó cũng là cách hầu hết chúng ta hoàn thành công việc. Vì vậy việc phát triển một robot có khả năng nghe nhìn, lắng nghe, mỉm cười, kể chuyện và thông cảm cho chúng ta mỗi khi gặp khó khăn hay cuộc sống trở nên tồi tệ hơn. Việc tạo nên một robot hình người mục đích không phải để tạo cảm xúc cho con người mà là để chúng ta không cảm thấy sợ hãi khi tiếp xúc gần một cỗ máy có thể giao tiếp bằng mắt, nghe nói, cười khúc khích.

Hành vi (hành động)

Nếu máy móc thông minh, có ý thức và suy nghĩ nhưng không thể di chuyển thì không đủ điều khiện để trở thành robot. Nó chỉ được gọi là máy tính. Hành vi hành động là một vấn đề phức tạp hơn vẻ bề ngoài của nó. Ở con người, cơ bắp và các dây thần kinh làm cho cơ thể có khả năng phối hợp, điều khiển và kiểm soát một cách chính xác. Bộ não của chúng ta có thể dễ dàng làm được việc đó. Nhưng nó thật sự khó khi tái tạo lại trên thế giới quan của robot. Vì thế, cho đến hiện nay, đa số các robot đều di chuyển bằng bánh xe thay vì chân với các khớp nối đầy đủ bởi đơn giản là các bánh xe thường nhanh hơn và đáng tin cậy hơn.

Nhiệm vụ chủ yếu là di chuyển và không có lý do gì đáng phải di chuyển giống con người cả. Các robot trong các nhà máy sản xuất có khả năng và được thiết kế để mang những vật khổng lồ, xoay được 360 độ vậy thì không có lý gì để áp đặt những hạn chế của con người vào với robot.

Thực ra robot sẽ trông như thế nào?

Trên thực tế robot thường phân ra 2 loại lớn: Hầu hết là các robot đặc thù được thiết kế thể thực hiện một loại công việc cố định lặp đi lặp lại nhiều lần. Hầu như không có một robot nào dung cho mục đích chung có khả năng thực hiện nhiều công việc khác nhau như là con người. Và loại thứ 2 đó là những loại đa năng đó và đa số vẫn đang trong các phòng thí nghiệm robot. Vậy các robot thực dụng thường có những phần nào?

Cánh tay

Cánh tay robot là phần tất yếu của robot, nó đại diện cho chức năng hành vi hành động. Bằng cách sử dụng các khớp nối và các động cơ để thực hiện các nhiệm vụ. Ưu điểm là chính xác, nhanh chóng, mạnh mẽ. Tuy nhiên trong quá trình phát triển, các robot có những cánh tay lớn và mạnh mẽ được khuyến cáo chỉ nên làm việc ở những nơi ít người.

Điều khiển từ xa

Một số các robot có khả năng tự động hay còn gọi là tự hành, và một số khác cũng cần sự can thiệp điều khiển từ con người. Ví dụ như robot gỡ bom. Với cấu trúc là một xe mang cánh tay và có bộ bộ điều khiển do con người sử dụng từ xa và một số robot vũ trụ cũng tương tự. Tính chất cần sự chính xác cao và cần sự kiểm soát từ con người. Một số loại có khả năng tự hành như robot hút bụi. Bản chất là những công việc đơn giản, không cần thiết sự kiểm soát từ con người. Một số nhà sản xuất đang phát triển những con robot có khả năng tự hành mang độ chính xác cao để thực hiện những nhiệm vụ cần độ chính xác, đó cũng là một bài toán khó khăn thách thức đối với các nhà khoa học robot.

Robot gia đình bán tự động

Thế nào là robot gia đình bán tự động, nó giống như là robot hút bụi hay robot cắt cỏ. Mặc dù những công cụ này mang lại ấn tượng với khả năng tự động và bán thông minh, nhưng thực chất chúng đơn giản hơn so với chúng ta nghĩ. Hãy thử nói về Roomba – robot hút bụi thông minh, nó không hề biết căn phòng nào đã được dọn, căn phòng nào bẩn, căn phòng nào có nhiều nội thất, hay là kích thước to nhỏ như thế nào. Tất cả những gì nó quan tâm đến chỉ là dọn dẹp và dọn dẹp. Nguyên lý hoạt động của Roomba cũng khá đơn giản. Bản thân nó phát ra các tín hiệu lặp đi lặp lại, các tín hiệu này giúp Roomba có thể phát hiện được bụi bẩn một cách ngẫu nhiên. Và sau đó tiến hành khởi động chế độ làm sạch. Về cơ bản Roomba hoạt động làm sạch một cách ngẫu nhiên. Nhưng đảm bảo rằng khi bạn không có ở nhà, Roomba vẫn chăm chỉ làm việc, và khi bạn về, căn nhà của bạn luôn luôn được sạch sẽ.

Robot đa năng

Mặc dù các robot tiên tiến như Baxter – một robot có hai “tay”,”mắt”, có thể nghe nói nhưng không thể di chuyển, được đào tạo để làm nhiều việc khác nhau, nhưng về cơ bản chúng vẫn là các robot đơn miền. Tuy nó có đầu đủ các bộ phận nhưng Baxter chỉ có khả năng học và lặp lại hành động và tất nhiên chỉ ở yêu một chỗ. Nó vẫn chưa thể làm một bữa sáng, đưa trẻ đến trường hay tự lái xe đến nơi khác và trở về.

Quay trở về với những năm 1990, các kỹ sư như Kenvin Warwick và Rodney Brooks vẫn là những nhà vô địch về cách tiếp cận thực dụng, bằng cách hướng các mục tiêu từ nhỏ đến lớn, nhờ đó làm nềm móm cho cuộc cách mạng robot từ đó về sau. Bộ quốc phòng Hoa Kỳ, DARPA đã tài trợ cho các cuộc thi phát triển robot hình người đến ứng phó với những tính huống khẩn cấp khó khăn, giải cứu con người khỏi thảm hoạ thiên nhiên. Và nhờ có Youtube mà cuộc cách mạng robot này đã được phát triển công khai, mạnh mẽ một cách vượt bậc.

Xe ô tô tự lái

Xe tự lái lại là một hương vị khác của robot đa năng nói chung. Vẫn bắt nguồn từ các ý tưởng thực tế nhưng xe tự lái được phát triển bí mật hơn, bởi các công ty hàng đầu công nghệ. Thật sự mà nói đến nay xe tự lái vẫn đang là một bài toán nan giải đối với các nhà khoa học, hãy thử nghĩ đến những điều bạn phải học khi lái xe: Bắt đầu di chuyển, dừng khi có tín hiệu đèn, rẽ trái phải, vượt xe phía trước, đỗ xe song song, giảm tốc, ….. nhiêu đó còn chưa kể đến thời điểm lái xe là ngày hay đêm, thời thiết, địa hình.

Khoa học robot trong tương lai

Không có gì là con người không thể học. Công nghệ sẽ luôn luôn được phát minh, làm mới theo thời gian. Cuộc cách mạng robot là thứ không thể bị ngăn cản và đó chính là thời điểm chúng ta đang đứng. Một nhà tương lai học Raymond Kurzweil tin rằng, con người và máy móc sẽ có lúc hợp nhất và nó tạo nên một điểm kỳ dị, nơi mà các máy móc sẽ trở nên thông minh hơn con người, con người sẽ hoà nhập tâm trí của họ với máy tính.

Còn các nhà khoa học lại thực tế hơn, ít kịch tính hơn. Rodney Brooks nhìn thấy một hình thức tiến hoá chậm rãi hơn, với chân tay giả tiên tiến, máy tạo nhịp tim, ốc tai cho người khiếm thính, robot khiến người bị liệt có thể thể di chuyển, võng mạc nhân tạo cho người khiếm thị. Sẽ không có một bước nhảy vọt nào từ con người sang robot, mà nó sẽ chỉ dừng lại ở chuyển đổi thông minh hơn, mượt mà hơn. Và cũng sẽ không có sự tiếp quản của robot thay thế con người. Bởi lẽ đơn giản không có sản phẩm nào lại tiếp quản chính người tạo ra nó.

Link tham khảo: https://www.explainthatstuff.com/robots.html