Những Điểm Chính
- Tự chủ năng lượng: Một pin nhiên liệu sinh học có thể cấy ghép do Đại học Case Western Reserve phát triển chuyển hóa trehalose do gián sản sinh thành điện năng, không gây tổn hại lâu dài cho côn trùng.
- Công nghệ tiên phong: Viện Công nghệ Bắc Kinh đã tạo ra một bộ thu năng lượng áp điện nặng 46 mg dành cho ong, có khả năng tạo ra 5,66 V nhờ khai thác rung động của lồng ngực mà không ảnh hưởng đến khả năng bay.
- Sự quan tâm của quân đội: Startup Đức SWARM Biotactics đã tiến hành các cuộc thử nghiệm vận hành với khách hàng thuộc NATO nhằm ứng dụng đàn côn trùng cyborg trong nhiệm vụ giám sát và trinh sát.
Khi sinh học trở thành phần cứng
Sự kết hợp giữa cơ thể sống và mạch điện không còn là viễn tưởng chỉ tồn tại trên màn ảnh. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu đang hoạt động, tạo ra những kết quả có thể đo lường được. Côn trùng cyborg hiện đại diện cho một trong những biên giới cụ thể nhất của robot lai: không phải máy móc bắt chước tự nhiên, mà là sinh vật sống được trang bị điện tử thu nhỏ điều khiển chuyển động của chúng thông qua các kích thích điện có chủ đích. Sự khác biệt so với vi robot truyền thống là rất lớn. Ở đây không phải là việc tái tạo nhân tạo sự nhanh nhẹn của một con gián hay sức bền của một con ong: mà là mượn trực tiếp cơ bắp, hiệu suất sinh cơ học và hệ thần kinh của chúng. Kết quả là mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn đáng kể so với bất kỳ drone hay robot hoàn toàn tổng hợp nào có kích thước tương đương.
Vấn đề năng lượng được giải quyết từ bên trong
Trong nhiều năm, nút thắt cổ chai duy nhất của công nghệ này chính là nguồn năng lượng. Pin siêu nhỏ hết điện, cần thay thế, giới hạn nghiêm trọng khả năng hoạt động thực địa. Giải pháp mà cộng đồng khoa học quốc tế đang theo đuổi vừa tinh tế vừa triệt để: biến chính côn trùng thành một nhà máy điện sống. Tại Đại học Case Western Reserve, mục tiêu này đã đạt được nhờ một pin nhiên liệu sinh học có thể cấy ghép, một thiết bị sử dụng các enzyme đặc biệt để chuyển hóa trehalose - loại đường mà gián liên tục sản sinh từ quá trình tiêu hóa thức ăn - thành dòng điện hữu ích để cấp nguồn cho cảm biến và các linh kiện trên thân. Các thử nghiệm đã loại trừ những tác động có hại lâu dài đối với cơ thể, dữ liệu này mở ra khả năng ứng dụng kéo dài theo thời gian mà không cần can thiệp bảo trì năng lượng.
Song song đó, công nghệ thu năng lượng áp điện cũng đang được phát triển, dựa trên nguyên lý vật lý chuyển đổi rung động cơ học thành dòng điện. Viện Công nghệ Wentworth đã gắn các cảm biến linh hoạt lên bụng gián, có khả năng thu nhận những rung động tự nhiên sinh ra từ chuyển động của côn trùng và biến chúng thành nguồn sạc liên tục. Về mặt bay lượn, Viện Công nghệ Bắc Kinh đã hoàn thiện một bộ thu năng lượng chỉ nặng 46 miligam, được hiệu chỉnh theo tần số rung động lồng ngực của ong, dao động từ 210 đến 220 Hz, có khả năng tạo ra điện áp 5,66 Volt mà không làm thay đổi khả năng bay của côn trùng. Để hoàn thiện bức tranh này, các tấm pin mặt trời hữu cơ siêu mỏng đang được thử nghiệm để gắn trực tiếp lên bụng côn trùng phục vụ cho các ứng dụng trên mặt đất.
Từ đống đổ nát đến đáy biển: các kịch bản ứng dụng
Phạm vi ứng dụng khả thi rất rộng, trải dài qua nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong bối cảnh nhân đạo, khả năng xâm nhập vào những không gian chật hẹp của các sinh vật lai này khiến chúng trở thành ứng viên tự nhiên cho các hoạt động tìm kiếm cứu nạn sau thảm họa như động đất hay lũ lụt, nơi những đống đổ nát thường không thể tiếp cận được ngay cả với những robot tinh vi nhất. Để mở rộng khả năng hoạt động sang cả môi trường dưới nước, một nhóm nghiên cứu chung giữa NTU Singapore và Đại học Waseda đã thiết kế một loại bộ đồ lặn thu nhỏ, thiết bị tạo ra oxy và cho phép gián di chuyển, tồn tại dưới nước liên tục đến ba giờ đồng hồ.
Các ứng dụng không chỉ dừng lại ở cứu hộ. Giám sát môi trường, đo lường chất gây ô nhiễm hoặc mức độ phóng xạ tại các khu vực nhiễm độc, cùng với việc kiểm tra cơ sở hạ tầng trọng yếu như đường ống và nhà máy công nghiệp, là những lĩnh vực thử nghiệm đang được tích cực triển khai. Về phía quân sự, tình hình trở nên phức tạp hơn: startup Đức SWARM Biotactics đã tiến hành các cuộc thử nghiệm vận hành cho khách hàng liên quan đến NATO, một tín hiệu rõ ràng cho thấy sự quan tâm thực tế đối với việc triển khai đàn côn trùng cyborg trong hoạt động giám sát và trinh sát tại các khu vực nguy hiểm, nơi khả năng khó bị phát hiện về mặt sinh học của các thiết bị này mang lại lợi thế chiến thuật đáng kể.
Từ kiểm soát cưỡng bức đến lắng nghe sinh học
Bước tiến gần đây nhất trong nghiên cứu nhắm đến việc vượt qua logic điều khiển điện đơn thuần từ bên ngoài. Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Osaka đã phát triển một hệ thống trí tuệ nhân tạo có khả năng theo dõi theo thời gian thực các tín hiệu sinh học như nhịp tim và hoạt động thần kinh của côn trùng, nhằm ước tính trạng thái nội tại của chúng và xác định thời điểm thích hợp nhất để áp dụng kích thích điện. Đây là một sự thay đổi mô hình: không còn là sự kiểm soát áp đặt một cách tùy tiện, mà là sự tương tác được hiệu chỉnh theo tình trạng sinh lý thực tế của cơ thể, với mục tiêu tối đa hóa hiệu suất vận hành đồng thời giảm thiểu căng thẳng cho côn trùng. Hướng đi mà nghiên cứu vạch ra hội tụ về một tương lai nơi các đàn bio-robot này, tự chủ về mặt năng lượng và được điều phối bởi các hệ thống trí tuệ nhân tạo ngày càng tinh vi, sẽ trở thành công cụ vận hành để khám phá những môi trường khắc nghiệt, vốn nằm ngoài tầm với của bất kỳ công nghệ hoàn toàn nhân tạo nào.
