Robot AI – Hướng tới thế hệ Robot tiếp theo

Với sự phát triển vũ bão của công nghệ AI gần đây, nhiều người lo sợ rằng Robot AI sẽ sớm thay thế con người, thậm chí thống trị thế giới như viễn cảnh trong các bộ phim viễn tưởng của Hollywood. Nỗi sợ hãi về Robot AI chiếm lĩnh thế giới đã trở thành tâm điểm các diễn đàn và cuộc thảo luận trên phương tiện truyền thông. Thậm chí, một số nhà nghiên cứu AI nổi tiếng như Stuart Russell, Yoshua Bengio, hay ngay cả tỷ phú Elon Musk mới đây đã ký một bức thư ngỏ kêu gọi các phòng thí nghiệm AI trên toàn thế giới tạm dừng phát triển các hệ thống AI quy mô lớn do lo ngại các nguy cơ có thể xảy ra cho xã hội và nhân loại. Tạm gác lại những mối lo trên, dưới đây chúng ta cùng nhìn lại một số dấu ấn phát triển về công nghệ robot từ trước tới nay trên thế giới, và một số kết quả nghiên cứu của chúng tôi gần đây.

Các nhà nghiên cứu từ bảo tàng nghệ thuật Metropolitan của Mỹ chỉ ra rằng, những robot đầu tiên trên thế giới đã được phát minh từ hơn 4000 năm trước bởi người Ai Cập cổ đại. Đó là bức tượng bắt chước hành động của con người, nhờ sử dụng hệ thống điều khiển cơ học. Hệ thống cơ học này được gắn với hai vai của bức tượng và hoạt động dựa theo nguyên lý ròng rọc, từ đó tạo ra các chuyển động giúp nâng cao hoặc hạ thấp cánh tay lặp đi lặp lại. Ngoài ra, chúng ta cũng có những bằng chứng cho thấy người Hy Lạp và Trung Hoa cổ đã chế ra các cỗ máy robot từ hàng ngàn năm trước. Ví dụ như các phát minh của nhà toán học Hero xứ Alexandria, hay con robot Talos của xứ Hy Lạp.

Mặc dù ý tưởng về các cỗ máy robot xuất hiện từ xa xưa, thuật ngữ “robot” (người máy) chỉ mới thực sự được giới thiệu tới nhân loại vào năm 1921 trong vở kịch khoa học viễn tưởng bằng tiếng Czech có tên “Rossum’s Universal Robots (RUR)” của tác giả Karel Čapek. “Robot” bắt nguồn từ “Robota” trong tiếng Czech có nghĩa là lao động cưỡng bức. Cái tên được tác giả tạo ra để dành riêng cho vở kịch. Vở kịch RUR ra mắt khán giả đúng thời điểm hoản hảo khi thế giới chứng kiến những bước tiến chóng mặt nhanh nhất trong lịch sử nhân loại về khoa học kỹ thuật và tự động hóa sản xuất công nghiệp. Đây cũng chính là thời điểm vừa diễn ra cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 2, là giai đoạn chuyển sang tự động hóa cục bộ các dây chuyền sản xuất quy mô lớn dựa trên cơ sở điện cơ khí. Đây cũng là thời kỳ ô tô, máy bay, điện thoại, Động cơ Diesel, máy giặt, điều hòa và vô vàn các phát minh sáng chế khác được ra đời.

Tuy nhiên phải đến năm 1954, robot tự động đầu tiên mới được phát triển dựa trên sự tiến bộ của công nghiệp điện tử và được đặt tên là Unimate. George Devol, người tạo ra Unimate, đến nay được coi là “ông tổ của ngành Robotics”. Unimate không có hình dạng giống như con người, nó đơn thuần chỉ là cánh tay robot có thể được lập trình để thực hiện các nhiệm vụ trong các dây chuyền lắp ráp như để nâng các vật nặng. Do nhu cầu tự động hóa tăng cao vào những năm đầu 1970, các cánh tay robot dần được phát triển theo hướng phục vụ một số nhiệm vụ đòi hỏi tính khéo léo, có độ chính xác cao. Các mẫu robot nhỏ tiện lợi ra đời với bộ điều khiển và động cơ tiên tiến đã đáp ứng được yêu cầu của các công việc lắp ráp tỉ mỉ như siết bu lông và đai ốc. Robot có thể đảm nhận những công việc buồn tẻ, lặp đi lặp lại trong các nhà máy và cả những công việc nặng nhọc, khó khăn, vận hành trong môi trường nguy hiểm. Từ đó giải phóng con người khỏi những lĩnh vực sản xuất nhiều rủi ro, và nâng cao tính an toàn trong ngành công nghiệp. Năm 2005, tạp chí Popular Mechanics đã chọn cánh tay robot Devol’s Unimate là một trong 50 phát minh hàng đầu trong 50 năm qua.

Bên cạnh cánh tay robot, ngày nay chúng ta có thể thấy robot xuất hiện dưới nhiều hình dạng khác nhau như xe tự hành (AGV), máy bay không người lái (UAV), robot dáng người. Các robot như Asimo, Atlas và Tesla Bot là các ví dụ sinh động về robot dáng người. Sau khi ra mắt công chúng lần đầu tiên vào năm 2000, Asimo đã trở thành biểu tượng công nghệ robot tiên phong của Nhật Bản. Asimo có thể đi lại, lên xuống cầu thang, nhảy múa, tỏ cử chỉ thân thiện và hội thoại với con người. Cùng với sự phát triển của AI, những robot trong hình dáng con người ngày càng được kỳ vọng sẽ thay thế chúng ta trong nhiều lĩnh vực trong tương lai gần. Tuy nhiên, viễn cảnh trong nhà có một chú robot đa nhiệm vừa có thể pha tách cafe mang đến đầu giường cho bạn, vừa có thể nấu ăn, rửa bát, phụ giúp bạn dọn dẹp nhà cửa có lẽ còn rất xa vời. Con người được tạo hóa ban tặng đôi bàn tay khéo léo, kết hợp khả năng quan sát và phân tích, cho phép chúng ta dễ dàng thực hiện đa dạng các thao tác phức tạp đòi hỏi sự khéo léo và linh hoạt. Ngược lại, mặc dù vượt trội so với con người về sức mạnh và giỏi trong các công việc có tính lặp lại, đến nay khả năng cầm nắm và tương tác trực tiếp với môi trường xung quanh của robot vẫn ở mức rất hạn chế. Đây cũng chính là một trong những thách thức lớn thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Vượt qua được thách thức này, có lẽ chúng ta sẽ tiến rất gần đến thế hệ robot tiếp theo, nơi mà robot AI có thể tương tác trực tiếp và an toàn với con người trong cùng một không gian, với khoảng cách gần, làm việc cùng nhau hoặc hỗ trợ con người với các nhiệm vụ đòi hỏi sự khéo léo và linh hoạt.

Đóng góp vào sự phát triển của Robot AI, nhóm nghiên cứu của chúng tôi bao gồm giảng viên và sinh viên đến từ Greenwich Vietnam và FPTU Hà Nội đã phát triển một số thuật toán AI mới nhằm khám phá những khả năng mới trong cầm nắm và tương tác với đồ vật trong môi trường thực của robot. Trong nghiên cứu vào năm 2023 xuất bản trên tạp chí Journal of Intelligent & Robotic Sytems (thuộc nhà xuất bản Springer) [1], chúng tôi đã đề xuất một thuật toán học sâu (deep learning), có khả năng phát hiện chính xác vị trí và hướng (Grasp Pose) mà robot có thể thực hiện thao tác gắp (Grasping) trên bề mặt của vật mục tiêu. Dựa vào thông tin đầu vào là các đám mây điểm trong không gian 3 chiều (3D point cloud), mô hình học sâu cùng với cơ chế tập trung (Attention) trích xuất các đặc trưng (Features), từ đó tính ra các tham số cần thiết cho robot. Mặc dù có thể phát hiện được vị trí và hướng của các điểm gắp, đầu ra của mô hình đề xuất vẫn thiếu một số thông tin quan trọng liên quan đến các vật xung quanh như hình dạng kích thước và mối tương quan giữa chúng trong không gian. Để khắc phục yếu điểm này, nghiên cứu mới nhất của chúng tôi 2024 xuất bản trên tạp chí Robotics and Automation Letters (thuộc nhà xuất bản IEEE) [2], cho phép robot có thể thực hiện đa nhiệm vụ cùng lúc, vừa tìm kiếm vị trí gắp vừa khám phá môi trường xung quanh. Với những kết quả đầy hứa hẹn bạn đầu, chúng tôi đã nhận được sự cam kết đồng hành hỗ trợ về mặt tài chính từ Shibaura Institute of Technology, Tokyo, Nhật Bản cho các nghiên cứu tiếp theo. Nhóm nghiên cứu cũng rất hy vọng sẽ nhận được nhiều sự ủng hộ hơn nữa từ Greenwich Việt Nam, Đại Học FPT, và tập đoàn FPT.

References:

[1] Hoang, D.C., Nguyen, A.N., Vu, V.D., Vu, D.Q., Nguyen, V.T., Nguyen, T.U., Tran, C.T., Phan, K.T. and Ho, N.T., 2023. Grasp Configuration Synthesis from 3D Point Clouds with Attention Mechanism. Journal of Intelligent & Robotic Systems, 109(3), p.71.

 

[2] Hoang, D.C., Nguyen, A.N., Vu, V.D., Nguyen, T.U., Vu, D.Q., Ngo, P.Q., Hoang, N.A., Phan, K.T., Tran, D.T., Nguyen, V.T. and Duong, Q.T., 2024. Graspability-aware Object Pose Estimation in Cluttered Scenes. IEEE Robotics and Automation Letters.