Robot là một cỗ máy có thể tự cảm nhận môi trường, tự xử lý thông tin và tự hành động lên thế giới vật lý, theo chương trình được lập sẵn nhưng có điều chỉnh theo tình huống. Mọi robot, từ cánh tay hàn trong nhà máy đến máy hút bụi tự động trong phòng khách, đều có ba khối cốt lõi: cảm biến để thu thông tin, bộ điều khiển để quyết định, và cơ cấu chấp hành (động cơ, bánh xe, khớp tay) để chuyển động.
Điều làm robot khác một chiếc máy tự động thông thường là vòng lặp "cảm nhận, quyết định, hành động" diễn ra liên tục và có thể lập trình lại cho việc khác. Máy giặt chạy theo chương trình cố định là máy tự động; robot hút bụi dò tường, tránh cầu thang, tự về sạc là robot. Bài này giải thích ba bộ phận, cách phân biệt, các loại robot quanh ta, các kiểu di chuyển và một hiểu lầm phổ biến về "ba định luật robot".
Ba bộ phận cốt lõi của mọi robot
Cảm biến: giác quan của robot. Camera cho thị giác, micro cho thính giác, cảm biến hồng ngoại và siêu âm đo khoảng cách, LiDAR quét không gian, con quay hồi chuyển và gia tốc kế đo tư thế, cảm biến lực đo sức đẩy, công tắc va chạm báo khi chạm vật, bộ mã hoá đo góc quay của khớp. Robot càng có nhiều loại cảm biến thì càng hiểu môi trường rõ hơn, nhưng cũng càng phức tạp và đắt.
Bộ điều khiển: bộ não. Một vi điều khiển nhỏ trên robot đồ chơi, hoặc cả máy tính mạnh trên xe tự lái. Nó đọc dữ liệu cảm biến, chạy chương trình, quyết định hành động tiếp theo và gửi lệnh xuống động cơ. Phần mềm có thể là các quy tắc đơn giản kiểu "gặp vật cản thì lùi rồi rẽ", hoặc mô hình AI nhận diện vật thể, lập bản đồ, lên kế hoạch đường đi.
Cơ cấu chấp hành: cơ bắp. Động cơ điện quay bánh xe hoặc khớp, xi lanh khí nén hoặc thuỷ lực cho lực đẩy lớn, cánh quạt cho drone, bộ kẹp, giác hút ở đầu tay. Đi kèm là nguồn năng lượng: pin, điện lưới hoặc khí nén.
Thêm một khối thường bị quên: thân và cơ cấu. Khung, khớp nối, bánh răng, dây đai truyền chuyển động từ động cơ tới nơi làm việc. Thiết kế cơ khí tốt giúp robot nhẹ, cứng, chính xác; nhiều vấn đề của robot thật ra là vấn đề cơ khí chứ không phải phần mềm.
Robot khác máy tự động thông thường ở đâu
Ranh giới không phải lúc nào cũng rạch ròi, và người ta vẫn tranh luận. Ba câu hỏi sau giúp bạn tự phân loại một thiết bị:
| Câu hỏi | Máy tự động thường | Robot |
|---|---|---|
| Có cảm nhận môi trường để đổi hành vi không? | Ít hoặc chỉ một cảm biến đơn giản, như máy giặt đo mực nước | Có, liên tục, nhiều nguồn: robot hút bụi đổi hướng khi gặp chân bàn |
| Có chuyển động hoặc tác động lên thế giới vật lý không? | Có thể có, nhưng theo trình tự cố định | Có, và trình tự thay đổi theo tình huống |
| Có lập trình lại cho việc khác được không? | Thường không, mỗi máy một việc | Có: cùng cánh tay robot có thể chuyển từ hàn sang gắp đặt khi đổi chương trình và dụng cụ |
| Ví dụ | Máy bán nước tự động, cửa cuốn, băng chuyền, nồi cơm điện | Cánh tay robot, robot hút bụi, xe tự hành trong kho, drone tự bay theo lộ trình |
Còn chatbot hay phần mềm "robot" tự động hoá thao tác văn phòng (RPA) thì sao? Chúng được gọi là bot hay robot phần mềm theo nghĩa bóng, vì không có thân thể vật lý. Theo cách hiểu kỹ thuật, robot phải có cơ cấu chấp hành tác động lên thế giới thật.
Các loại robot phổ biến quanh ta
Có nhiều cách phân loại robot: theo hình dạng, cách di chuyển hay nơi làm việc. Cách dễ hình dung nhất là theo lĩnh vực sử dụng:
- Robot công nghiệp: cánh tay robot hàn, sơn, gắp đặt, đóng gói trong nhà máy; robot SCARA lắp linh kiện điện tử; robot delta gắp bánh kẹo. Đây là loại được dùng nhiều nhất và lâu đời nhất, từ những năm 1960.
- Robot hậu cần và kho bãi: xe tự hành chở kệ hàng, xe nâng tự động, robot phân loại bưu kiện. Chúng đi theo vạch kẻ, mã dán sàn hoặc tự lập bản đồ bằng LiDAR.
- Robot dịch vụ: robot bưng bê ở nhà hàng, robot hướng dẫn ở sân bay, trung tâm thương mại, robot giao hàng, robot lau dọn sàn ở toà nhà lớn.
- Robot gia đình: robot hút bụi lau nhà, robot lau kính, robot cắt cỏ, robot hút bùn bể bơi. Đây là loại robot người Việt gặp nhiều nhất trong nhà.
- Robot y tế: hệ thống robot hỗ trợ phẫu thuật nội soi (bác sĩ điều khiển, robot giữ dụng cụ ổn định và thu nhỏ chuyển động tay), robot phục hồi chức năng, robot vận chuyển thuốc trong bệnh viện, robot khử khuẩn bằng tia cực tím.
- Drone (thiết bị bay không người lái): drone phun thuốc nông nghiệp, quay phim, khảo sát, giao hàng thử nghiệm. Drone điều khiển hoàn toàn bằng tay gần với đồ chơi điều khiển từ xa; drone tự giữ vị trí, tự bay theo lộ trình, tự tránh vật cản là robot bay.
- Robot giáo dục: bộ lắp ráp có động cơ và cảm biến cho học sinh lập trình, robot thi đấu trong các cuộc thi STEM.
- Robot thám hiểm và đặc chủng: xe tự hành trên sao Hoả, robot lặn biển sâu, robot kiểm tra đường ống, robot gỡ bom.
Ba định luật robot là tiểu thuyết, không phải luật thật
Nhiều người từng nghe "ba định luật robot": robot không được làm hại con người hoặc để con người bị hại vì không hành động; robot phải tuân lệnh con người trừ khi trái với luật thứ nhất; robot phải tự bảo vệ mình trừ khi trái với hai luật trên. Đây là sáng tác của nhà văn khoa học viễn tưởng Isaac Asimov, xuất hiện trong truyện ngắn năm 1942 và sau đó trong nhiều tác phẩm khác của ông.
Ba định luật không phải luật pháp, cũng không phải tiêu chuẩn kỹ thuật, và không robot nào được "cài sẵn" chúng. Thực tế, chính các truyện của Asimov dùng ba định luật làm chất liệu để kể những tình huống chúng mâu thuẫn hoặc dẫn tới kết quả ngoài ý muốn, cho thấy không thể gói đạo đức vào vài câu chữ. Chẳng hạn "làm hại" là gì, có tính tổn thương tinh thần không, cứu một người nhưng làm người khác bị thương thì sao.
An toàn robot ngoài đời được bảo đảm bằng những thứ cụ thể và nhàm chán hơn nhiều: tiêu chuẩn an toàn quốc tế cho robot công nghiệp và robot cộng tác, nút dừng khẩn cấp, hàng rào và màn chắn quang, giới hạn lực va chạm, đánh giá rủi ro trước khi lắp đặt, quy định về drone và thiết bị điện. Chữ "robot" cũng có gốc từ văn chương: nó xuất hiện trong vở kịch R.U.R. của nhà văn Séc Karel Čapek năm 1920, bắt nguồn từ từ tiếng Séc chỉ lao động khổ sai.
Robot di chuyển bằng gì: bánh xe, chân, cánh quạt hay đứng yên
Đứng yên một chỗ là kiểu phổ biến nhất trong nhà máy: cánh tay robot bắt bu lông xuống sàn, không cần tự định vị vì vị trí đế không đổi. Nhờ vậy nó đạt độ chính xác rất cao và chạy bằng điện lưới, không lo pin. Đổi lại, việc phải được mang tới nó bằng băng tải hoặc xe chở.
Bánh xe là cách rẻ và tiết kiệm điện nhất cho robot di động: robot hút bụi, xe tự hành trong kho, robot giao hàng. Hai bánh chủ động cộng một bánh tự lựa giúp quay tại chỗ; bánh đa hướng (mecanum) cho xe đi ngang được. Điểm yếu là bậc thềm, cầu thang và nền gồ ghề. Bánh xích như xe tăng thì leo dốc, qua sỏi đá tốt hơn, nên hay gặp ở robot cứu hộ, robot kiểm tra đường ống.
Chân (hai chân, bốn chân, sáu chân) đi được nơi bánh xe chịu thua: cầu thang, hiện trường đổ nát, đường núi. Robot bốn chân ổn định hơn hai chân vì luôn có ít nhất ba điểm tựa khi bước chậm, nên đã được dùng tuần tra, kiểm tra trạm điện. Cái giá là nhiều động cơ, tốn pin và phần mềm giữ thăng bằng phức tạp.
Cánh quạt và chân vịt dành cho robot bay và robot lặn. Drone bốn cánh giữ vị trí bằng cách chỉnh tốc độ từng cánh hàng trăm lần mỗi giây; thời gian bay thường chỉ tính bằng chục phút vì pin nặng. Robot lặn phải chịu áp suất nước và khó liên lạc vô tuyến dưới nước, nên thường được nối cáp hoặc tự hành theo kế hoạch rồi nổi lên gửi dữ liệu.
Cách chọn kiểu di chuyển luôn là đánh đổi giữa địa hình, tốc độ, độ chính xác và thời lượng pin. Đó cũng là lý do robot hình người, dù hấp dẫn trên video, vẫn khó cạnh tranh với một chiếc xe bánh lốp đơn giản trong nhà kho bằng phẳng.
Câu hỏi thường gặp
Robot có phải là AI không?
Không hẳn. Robot là cỗ máy có thân thể vật lý, còn AI là phần mềm có khả năng học và suy luận. Nhiều robot dùng AI để nhìn và lập kế hoạch, nhưng cũng có robot chỉ chạy chương trình cố định không có AI, và AI như chatbot thì không có thân thể.
Máy hút bụi tự động có phải là robot không?
Có. Nó có cảm biến để dò vật cản, cầu thang và bụi bẩn, có bộ điều khiển lập bản đồ và chọn đường đi, có bánh xe và chổi làm cơ cấu chấp hành. Nó tự thay đổi hành vi theo môi trường, đúng đặc điểm của một robot.
Robot đầu tiên ra đời khi nào?
Từ thời cổ đại đã có các cỗ máy tự động chạy bằng nước, dây cót. Robot công nghiệp hiện đại đầu tiên được lắp vào dây chuyền ô tô ở Mỹ đầu những năm 1960, làm việc gắp và xếp các chi tiết kim loại nóng mà công nhân khó làm.
Drone có phải là robot không?
Tuỳ mức tự động. Drone điều khiển hoàn toàn bằng tay giống thiết bị điều khiển từ xa. Drone tự giữ thăng bằng, giữ vị trí bằng định vị, tự bay theo lộ trình, tự tránh vật cản và tự quay về điểm cất cánh thì có đủ ba khối cảm biến, điều khiển, chấp hành nên được coi là robot bay.
Robot có thể tự sửa chữa mình không?
Phần lớn robot hiện nay chỉ tự chẩn đoán: báo lỗi động cơ, pin yếu, cảm biến bẩn, rồi chờ người sửa. Một số hệ thống có thể tự về trạm sạc, tự thay dụng cụ hay tự đổ rác. Robot tự sửa linh kiện hỏng vẫn chủ yếu nằm trong phòng thí nghiệm.
