Robot tự phát hiện và hái trái cây chín với độ chính xác gần như tuyệt đối

Hình minh họa Robot tự phát hiện trái cây chín và thu hoạch. Ảnh: Jennifer Shephard/WVU

Cánh tay robot tự phát hiện trái cây chín mà nhóm nghiên cứu vừa giới thiệu sở hữu những ngón tay làm từ silicon và polyurethane, gắn nhiều cảm biến đo kích thước, hình dáng, màu sắc cùng độ cứng của quả trước khi quyết định hái.

Trong thử nghiệm trên dâu tây, robot không cắt cuống mà nhẹ nhàng vặn xoắn để tách quả ra khỏi cây. Công trình khởi nguồn tại phòng thí nghiệm của giáo sư Robert Shepherd ở Đại học Cornell, do ông Anand Kumar Mishra đứng tên tác giả chính. Ông Mishra nay là Phó giáo sư Khoa Cơ khí, Vật liệu và Hàng không vũ trụ tại Đại học West Virginia và tiếp tục theo đuổi hướng nghiên cứu này.

Công nghệ này nhằm giải quyết bài toán nan giải của nông nghiệp, đó là thu hoạch những loại quả vỏ mỏng đúng lúc chín tới. Dâu tây hay mâm xôi có khoảng thời gian thu hoạch rất ngắn và dễ thâm dập khi hái, vận chuyển rồi bảo quản. Theo nhóm nghiên cứu, riêng dâu tây có thể hao hụt tới 25% sau thu hoạch, một thiệt hại khá lớn cho cả người trồng lẫn người bán.

"Việc kiểm tra nhanh, chính xác rồi thu hoạch giúp giảm hư hỏng nông sản và hạ chi phí chuỗi cung ứng", ông Mishra nói. Theo ông, đánh giá trái cây sẽ quyết định thời điểm hái và lâu nay do người làm trực tiếp đảm nhận. Tuy nhiên, dùng sức người để thu hoạch kéo theo nhiều trở ngại như thiếu lao động, lo ngại sức khỏe và sai sót khi lựa chọn quả cần hái.

Giới nghiên cứu từng đề xuất robot nông nghiệp như một lời giải, song phần lớn hệ thống hiện có chỉ hợp với nhà kính được kiểm soát chứ chưa phù hợp với đồng ruộng ngoài trời. Những bàn kẹp robot truyền thống lại dễ làm hỏng quả mềm vì kết cấu cứng nhắc.

Robot mới khắc phục nhược điểm đó bằng cách hòa quyện cảm giác chạm và thị giác trong một thiết kế thân mềm, với năm ngón bố trí tỏa tròn và cách đều nhau 72 độ. Bên trong từng ngón là các sợi quang co giãn đóng vai trò cảm biến tiếp xúc và độ cong, còn camera nhỏ cùng cảm biến khoảng cách nằm ở phần lòng bàn tay. Tính chung, robot mang tới 13 cảm biến cùng bộ điện tử tích hợp và một mô đun quay để hái, đủ sức nhận biết hình dạng, độ cứng, độ chín của quả và phát hiện hiện tượng trượt khi cầm nắm.

Nhóm cho biết robot đóng mở chưa đầy hai giây, nâng vật nặng tới một kilôgam và đạt độ chính xác gần như tuyệt đối khi dự đoán hình dạng. Theo nhóm, công nghệ tỏ ra hữu ích với những loại quả không bộc lộ dấu hiệu chín rõ ràng bằng mắt thường. Quả bơ là một ví dụ, khi người trồng thường dựa vào cảm giác tay hơn là vẻ ngoài để chọn thời điểm hái.

Nhóm của ông Mishra tại Đại học West Virginia mang tên Robiotics Lab vì theo đuổi những robot mô phỏng sinh học. "Chúng tôi thiết kế các robot mềm oặt, dẻo dai và đàn hồi như cao su, lấy cảm hứng từ động vật", ông chia sẻ. Thiết kế bàn tay khởi nguồn từ hệ thống sinh học và trông giống cả bàn tay người lẫn con sao biển. Cấu trúc mềm giúp robot hấp thụ lực theo cách khác hẳn robot cứng thông thường, nhờ vậy xử lý vật mỏng manh khéo léo hơn.

Ngoài nông nghiệp, công nghệ cảm biến này còn có thể dùng trong nhiều lĩnh vực đòi hỏi thao tác tỉ mỉ. "Nghiên cứu mở ra ứng dụng trong thám hiểm không gian, chăm sóc sức khỏe, xử lý thực phẩm và thao tác dưới nước", ông Mishra cho biết và nhấn mạnh thêm rằng trong robot y sinh, việc gộp cảm biến độ cong và xúc giác có thể nâng cao hiệu quả của thiết bị đeo cùng dụng cụ phục hồi chức năng.

Nhóm tin tưởng sự gắn kết giữa vật liệu mềm và cảm biến tích hợp sẽ giúp robot tương tác an toàn, hiệu quả hơn với cả vật thể lẫn môi trường xung quanh. Nhóm đã công bố công trình trên tạp chí khoa học Nature Communications hồi tháng 3/2026.

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng