Robot thông minh: Muôn nghiên cứu, ngàn ứng dụng

Kỷ nguyên công nghiệp 4.0, mối liên kết giữa robot và con người ngày càng mật thiết. Trước đây, robot chủ yếu phục vụ công nghiệp như lắp ráp, tự động hoá, vận chuyển hàng hóa. Ngày nay, robot thông minh dần hiện diện trong nhiều lĩnh vực như Y tế, Giáo dục, Giao thông. Tại Bách khoa Hà Nội, các nhà khoa học đang theo sát những hướng nghiên cứu robot tiên tiến trên thế giới.

Robot ứng dụng trong y tế và chăm sóc sức khoẻ

Robot đang trở thành một công cụ quan trọng trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khỏe, giúp nâng cao hiệu quả điều trị, giảm tải cho nhân viên y tế và cải thiện chất lượng dịch vụ. 

Trong chăm sóc sức khoẻ, robot tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) theo dõi chỉ số bệnh nhân, vận chuyển thuốc, khử khuẩn phòng bệnh, hỗ trợ ăn uống và cảnh báo sớm nguy hiểm. Trong điều trị, robot hỗ trợ phẫu thuật chính xác như nội soi, tim mạch, thần kinh, giúp giảm xâm lấn và thời gian hồi phục. 

Nổi bật, robot phục hồi chức năng đóng vai trò quan trọng trong hỗ trợ điều trị cho bệnh nhân sau đột quỵ, chấn thương tủy sống hoặc người cao tuổi bị suy giảm vận động. Các robot như bộ xương ngoài hỗ trợ người bệnh đứng dậy, đi lại và luyện tập phục hồi vận động. Bên cạnh đó, còn có robot trị liệu tay, chân hoặc hệ thống hỗ trợ vận động lặp lại dùng trong các trung tâm vật lý trị liệu, giúp luyện tập chính xác, hiệu quả và phù hợp với tình trạng từng bệnh nhân.
 

Nghiên cứu phát triển robot hỗ trợ phục hồi chức năng là hướng nghiên cứu đang được nhiều quốc gia, đại học, viện nghiên cứu lớn quan tâm. Tại Đại học Bách khoa Hà Nội, nhóm nghiên cứu thuộc Lab Cơ điện tử thông minh và Trí tuệ nhân tạo, Trường Cơ khí gồm: PGS. TS. Mạc Thị Thoa, TS. Nguyễn Xuân Thuận và TS. Lý Hoàng Hiệp - đang nghiên cứu và phát triển một số sản phẩm hỗ trợ cho bệnh nhân phục hồi chức năng chi trên sau đột quỵ. 

TS. Lý Hoàng Hiệp - nhà khoa học chủ trì một số dự án phát triển thiết bị phục hồi chức năng - cho biết, nhu cầu thiết bị phục hồi chức năng tại Việt Nam rất lớn, nhưng phần lớn đang nhập khẩu với giá cao, khiến việc tiếp cận còn hạn chế. Do đó, việc phát triển sản phẩm nội địa giá rẻ là hết sức cần thiết.

TS. Hiệp có duyên với hướng nghiên cứu này từ khi thực hiện đồ án tốt nghiệp kỹ sư tại Đại học Bách khoa Hà Nội cách đây 10 năm với đề tài cánh tay phục hồi chức năng cho bệnh nhân đột quỵ. Sau đó, anh Hiệp có cơ hội học tập, làm việc tại Nhật Bản, tham gia vào một số dự án trọng điểm của Chính phủ và tiếp tục làm việc với các nghiên cứu liên quan tới robot và các thiết bị phục hồi chức năng. 

Tại đất nước mặt trời mọc, TS. Hiệp tiếp cận với khái niệm “xã hội 5.0” - tới năm 2050, công nghệ đang phát triển trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 như bán dẫn, Internet vạn vật, 5G/6G, thực tế ảo, AI,... đã phát triển toàn diện, con người và robot sẽ sống chung và không thể tách rời trong mọi hoạt động của cuộc sống, đặc biệt ở quốc gia có dân số già. 

Nhận thấy tiềm năng của lĩnh vực này, sau khi trở về Việt Nam, TS. Hiệp cùng các cộng sự, sinh viên Trường Cơ khí nỗ lực tiến hành các nghiên cứu liên quan tới phục hồi chức năng, trong đó đề tài gần đây là “Nghiên cứu phát triển găng tay xúc giác phục hồi chức năng chi trên ứng dụng công nghệ thực tế ảo cho bệnh nhân bị đột quỵ”.
 

Quá trình phục hồi chức năng chia làm 2 giai đoạn. 

Giai đoạn đầu - tập có hỗ trợ lực: Các bác sĩ sẽ giúp bệnh nhân co giãn các ngón tay trực tiếp hoặc với sự hỗ trợ của các thiết bị hỗ trợ lực bàn tay chuyên dụng, giúp bệnh nhân từ liệt toàn bộ bàn tay có thể di chuyển phần nào các ngón tay. 

Giai đoạn hai - tập không có hỗ trợ lực: Bệnh nhân cần tự tập không có bác sĩ và hỗ trợ lực cho tới khi phục hồi hoàn toàn. Giai đoạn này hết sức khó khăn với bệnh nhân vì thiếu sự giám sát của bác sĩ và các bài tập hết sức nhàm chán. Để giải quyết vấn đề này, nóm nghiên cứu đã tạo ra môi trường ảo có các bài tập thú vị giúp bệnh nhân nâng cao được động lực luyện tập. 

Găng tay phục hồi chức năng được trang bị các động cơ rung giúp người tập có thể gia tăng tính chân thực khi tương tác với các vật thể ảo trong không gian. Ngoài ra, găng tay được trang bị các cảm biến IMU, EEG để thu thập thông tin như vị trí, lực nắm của người bệnh trong quá trình luyện tập, giúp các bác sĩ có thể theo dõi và lên phác đồ điều trị phù hợp cho bệnh nhân.

Thiết bị được chế tạo hoàn toàn tại Việt Nam, có chất lượng tương đương nhưng giá thành rẻ hơn rất nhiều so với hàng ngoại nhập, tạo điều kiện cho các bệnh nhân muốn luyện tập ở nhà. Sản phẩm đã được thử nghiệm với các bệnh nhân ở một số bệnh viện tại Việt Nam và nhận được phản hồi tích cực. 

Dưới sự hướng dẫn của TS. Lý Hoàng Hiệp và các giảng viên Trường Cơ khí, nhóm sinh viên Cơ khí thực hiện đề tài này đã xuất sắc đạt Giải Nhất Cuộc thi Sáng tạo trẻ năm 2024 của Đại học Bách khoa Hà Nội, Giải Nhất Cuộc thi Học sinh, sinh viên với ý tưởng khởi nghiệp năm 2025 (SV.Startup) và do Bộ Giáo dục vào Đào tạo tổ chức.
 

Sản phẩm hiện đang trong quá trình cải tiến phiên bàn mới nhỏ gọn, rẻ và có độ chính xác cao hơn, ứng dụng AI để cá nhân hoá cho người dùng. Sản phẩm dự kiến sẽ được thương mại hoá để nhiều bệnh nhân có thể tiếp cận.

3 đại học hàng đầu bắt tay chế tạo robot mềm

Tại Lab Cơ điện tử thông minh và Trí tuệ nhân tạo, hướng nghiên cứu về robot mềm được thực hiện dựa trên hợp tác giữa Đại học Bách khoa Hà Nội với hai trường đại học nổi tiếng: Đại học Tokyo (Nhật Bản) và Đại học Liverpool (Anh). 

Theo TS. Lý Hoàng Hiệp, robot mềm đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực robot hiện đại nhờ khả năng uốn cong linh hoạt, an toàn khi tương tác với con người và thích nghi tốt với môi trường không cấu trúc. Đặc biệt, robot mềm mang lại hiệu quả cao khi ứng dụng trong y tế, phục hồi chức năng, hoặc thao tác trong môi trường chật hẹp. 

Trong hệ tay máy, tay kẹp (gripper) mềm giúp gắp các vật thể dễ vỡ, mềm hoặc có hình dạng bất định như mô sinh học, màng lọc, trái cây,… nhờ khả năng tự thích nghi hình dạng khi tiếp xúc nhưng còn hạn chế về độ chính xác và lực kẹp khi so sánh với tay kẹp cứng. Vì vậy, giải pháp “Tay kẹp lai tạo” (hybrid gripper) - kết hợp giữa tay kẹp cứng và tay kẹp mềm phần mềm - được sử dụng để khai thác ưu điểm của cả hai. 
 

Tay kẹp lai tạo vừa đảm bảo khả năng thao tác chính xác với vật thể cứng, vừa an toàn và linh hoạt với vật thể mềm, phù hợp cho các hệ robot hoạt động trong môi trường đa dạng như phòng thí nghiệm, nhà máy thực phẩm, robot cộng tác. 

Trong nghiên cứu hợp tác giữa 3 trường đại học, một cơ cấu kẹp lai được đề xuất, lấy cảm hứng từ cách bàn tay con người nắm giữ các vật thể mỏng và rộng khi đốt xa của ngón tay có xu hướng cong ngược lại để giữ vật. 

Tay kẹp này gồm cả thành phần cứng và mềm. Thành phần mềm có thể điều chỉnh độ cứng tại khớp gắp thông qua việc thay đổi áp suất khí.

Các nguyên mẫu ban đầu được chế tạo tại Đại học Bách khoa Hà Nội để kiểm tra tính năng cơ bản. Sau đó, sản phẩm tương tự sẽ được chế tạo tại phòng thí nghiệm của PGS. Tạ Đức Tùng tại Đại học Tokyo và kiểm tra trên hệ thống đo hiện đại. PGS. Nguyễn Quang Anh tại Đại học Liverpool hỗ trợ thuật toán điều khiển phức tạp. 

Thí nghiệm gắp vật cho thấy tay kẹp lai đề xuất có thể gắp thành công nhiều loại vật thể, đặc biệt là các vật mỏng và rộng như tờ giấy là “quả ngọt” cho cú bắt tay của 3 đại học hàng đầu về kỹ thuật và công nghệ! Tháng 5/2025, kết quả thí nghiệm tay kẹp lai sẽ được trình bày trong Hội nghị Quốc tế về Robot và Tự động hóa (ICRA), tổ chức tại Mỹ.

Có thể nói, các hướng phát triển robot tại Đại học Bách khoa Hà Nội rất đa dạng, ứng dụng toàn diện đa ngành, đa lĩnh vực, tận dụng hiệu quả nguồn lực quan hệ quốc tế, góp phần đưa công nghệ robot Việt Nam bắt kịp xu hướng phát triển thế giới!
 

Nghị quyết 57-NQ/TW của Bộ Chính trị đã xác định robot và trí tuệ nhân tạo là lĩnh vực chiến lược, với mục tiêu đưa Việt Nam vào top 3 Đông Nam Á về nghiên cứu AI và trở thành trung tâm công nghiệp, công nghệ số.  Trên tinh thần đó, Tập đoàn VinGroup đã hưởng ứng mạnh mẽ, thành lập Robotics - phát triển robot công nghiệp với mức nội địa hóa trên 80%, giá thành cạnh tranh, phục vụ sản xuất ô tô và điện tử, hướng tới xuất khẩu và VinMotion - tập trung vào robot di động tự hành, tối ưu hóa logistics và kho bãi, tích hợp công nghệ điều khiển thông minh.  Tuy nhiên, Việt Nam còn thiếu nhân lực chất lượng cao, hạ tầng nghiên cứu hạn chế và liên kết đại học - doanh nghiệp yếu. Vì thế, việc hợp tác với các đại học quốc tế là cần thiết nhằm tiếp cận công nghệ tiên tiến, trao đổi chuyên gia và sử dụng cơ sở vật chất hiện đại. Sinh viên được đào tạo ở nước ngoài cũng sẽ trở thành cầu nối phát triển ngành robot trong nước. Hiểu được tầm quan trọng của việc hợp tác nghiên cứu, Trường Cơ khí nói riêng và Đại học Bách khoa Hà Nội nói chung luôn nỗ lực giúp các nhà nghiên cứu Việt Nam phối hợp với các đơn vị nghiên cứu, trường đại học nước ngoài, phát triển các đề tài nghiên cứu đa lĩnh vực, đa quốc gia, đóng góp cho sự lớn mạnh của hệ sinh thái robot “made in Bách khoa”, cho sự phát triển chung của ngành robot Việt Nam.