Hôm nay, một mẫu drone dưới nước mới đã được ra mắt, mô phỏng theo hình dáng của một trong những sinh vật thanh thoát và hùng vĩ nhất đại dương - Manta Ray. Sản phẩm này được chế tạo bởi Northrop Grumman nhằm thực hiện các nhiệm vụ quân sự dài hạn và có tầm xa. Chiếc tàu ngầm này được phát triển cho Cơ quan Nghiên cứu Dự án Quốc phòng tiên tiến (DARPA) và có khả năng thu thập năng lượng từ biển cả, hành trình phát triển của nó kéo dài bốn năm.
Dự án Manta Ray bắt đầu từ năm 2020, với mục tiêu phát triển một “lớp phương tiện không người lái dưới nước có khả năng hoạt động lâu dài, tầm xa và mang tải”. Đặc biệt, Manta Ray được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ dưới nước với sự can thiệp tối thiểu của con người.
Tuy nhiên, điều này không hề đơn giản. Nước biển rất ăn mòn, và các sinh vật biển như hàu, sứa và rong biển có thể làm cản trở các bộ phận chuyển động. Hơn nữa, một số loại bức xạ điện từ (đặc biệt là ánh sáng mặt trời) không lan truyền tốt trong nước biển. Đây là những thách thức kỹ thuật phức tạp mà DARPA đã nhìn thấy cơ hội để giải quyết thông qua một chương trình duy nhất, nhằm nâng cao công nghệ của các phương tiện không người lái dưới nước.
Manta Ray không chỉ giúp cải tiến công nghệ UUV mà còn giải quyết những vấn đề như hiện tượng "bám sinh vật biển", ăn mòn, khó khăn trong việc phát triển động cơ hiệu suất cao sử dụng ít năng lượng, và tìm kiếm các phương pháp phát hiện và phân loại mối nguy hiểm dưới nước. Kết quả là một chiếc drone ít cần bảo trì trong môi trường khó khăn, có thể thực hiện nhiệm vụ dưới nước với sự giám sát của con người ở mức tối thiểu.
Manta Ray là một ví dụ điển hình cho tính chất mô phỏng sinh học, tức là lấy cảm hứng từ tự nhiên để giải quyết các vấn đề kỹ thuật. Điều này thường thể hiện rõ trong phát triển máy bay, nơi mà các kỹ sư đã tìm đến cánh chim để tìm kiếm cơ chế nâng. Hình dạng của manta ray cực kỳ hiệu quả trong việc bơi lội dưới nước, cho phép sinh vật khổng lồ này lướt êm ái qua làn nước với những cánh vẫy chậm rãi. Phương pháp lướt này giúp chúng “tiết kiệm năng lượng và tối đa hóa hiệu suất di chuyển” và đáng ngạc nhiên là manta ray đã duy trì hình dạng của mình không thay đổi trong suốt 100 triệu năm.
Chế độ “bay” dưới nước này cũng rất hữu ích cho một chiếc drone được thiết kế để hoạt động độc lập trong khoảng thời gian dài. Thay vì vỗ cánh, Manta Ray dường như sử dụng các cánh quạt nhỏ để di chuyển, và càng ít năng lượng tiêu tốn cho các cánh quạt thì càng tốt.
Một yêu cầu quan trọng đối với Manta Ray là khả năng hoạt động mà không cần can thiệp của con người. Drone không chỉ cần sử dụng ít năng lượng mà còn phải thu thập năng lượng từ biển. Khả năng tái tạo nguồn năng lượng này giúp giảm kích thước và trọng lượng của drone, khiến nó nhỏ hơn và khó bị phát hiện hơn.
Có hai cách giải quyết vấn đề năng lượng. Một là năng lượng mặt trời - sạc pin từ một tấm pin mặt trời, lý tưởng là được tích hợp vào thân drone. Tuy nhiên, ánh sáng mặt trời sẽ nhanh chóng yếu đi khi đi sâu xuống đại dương, và drone sẽ phải nổi lên mặt nước để sạc pin, làm tăng khả năng bị phát hiện.
Một nguồn năng lượng khả thi khác là năng lượng sóng. Trong một video của DARPA năm 2022, drone đã mở rộng một thiết bị thu năng lượng sóng có thể thu nhỏ để chuyển đổi chuyển động của nước thành điện năng. Điều này cho phép drone nằm dưới đáy đại dương và sạc pin mà không phải rủi ro bị phát hiện bởi kẻ thù.
Một drone có khả năng thực hiện nhiệm vụ tự động mà không cần tiếp nhiên liệu mở ra một thế giới cơ hội. Một trong số đó là sử dụng Manta Ray như một hệ thống giám sát. Ví dụ, trong một video, drone dường như đang nổi lên một mảng hydrophone. Hydrophone, hay còn được biết đến là sonar thụ động, thực chất là các microphone khổng lồ, lắng nghe âm thanh của đại dương để phát hiện âm thanh của tàu ngầm kẻ thù. Chúng không phát ra tín hiệu có thể phát hiện, sử dụng rất ít năng lượng và trong khi có khả năng thu thập một lượng lớn dữ liệu, AI có thể lọc dữ liệu và chỉ gửi những tín hiệu khả nghi cho các nhà phân tích con người để xem xét thêm.
Hiện tại, hải quân vẫn phụ thuộc vào các tàu mặt nước chuyên dụng và một số mảng hydrophone tĩnh để theo dõi tàu ngầm. Những con tàu này tương đối dễ bị tấn công và sẽ phải rút lui trong thời gian chiến tranh. Và các mảng, khi đã bị phát hiện, có thể trở thành mục tiêu để phá hủy. Trong tương lai, hải quân có thể triển khai một đội ngũ hàng chục Manta Rays được trang bị hydrophone vào, chẳng hạn, Biển Đông. Từ đó, chúng có thể cung cấp theo dõi liên tục các tàu chiến và tàu ngầm Trung Quốc khi chúng di chuyển từ khu vực này sang khu vực khác.
Một nhiệm vụ khác có thể là chống tàu ngầm. Trong khi một số Manta Ray có thể được sử dụng để xác định và theo dõi tàu ngầm kẻ thù, những chiếc khác có thể mang vũ khí - chẳng hạn như ngư lôi chống tàu ngầm siêu nhẹ Mk 46 – và phóng chúng khi tàu ngầm kẻ thù xác định được ở trong tầm ngắm. Một đội tàu ngầm gồm Manta Rays có thể trở thành một mạng lưới chống tàu ngầm di động, có khả năng tự điều động từ khu vực này sang khu vực khác.
Khả năng chỉ huy và kiểm soát mà chương trình DARPA dự kiến được tích hợp vào các drone có nghĩa là hệ thống có thể học hỏi theo thời gian, chia sẻ dữ liệu mới về tàu ngầm kẻ thù - từ các chữ ký âm thanh của chúng cho đến những âm thanh đặc trưng của từng “tàu”. Mặc dù manta ray thật sự là một sinh vật hòa bình của đại dương, nhưng phiên bản robot của nó lại có khả năng trở thành một kẻ giết người thực sự.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/military/research/a60432262/manta-ray-underwater-vehicle/
Dự án Manta Ray bắt đầu từ năm 2020, với mục tiêu phát triển một “lớp phương tiện không người lái dưới nước có khả năng hoạt động lâu dài, tầm xa và mang tải”. Đặc biệt, Manta Ray được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ dưới nước với sự can thiệp tối thiểu của con người.
Tuy nhiên, điều này không hề đơn giản. Nước biển rất ăn mòn, và các sinh vật biển như hàu, sứa và rong biển có thể làm cản trở các bộ phận chuyển động. Hơn nữa, một số loại bức xạ điện từ (đặc biệt là ánh sáng mặt trời) không lan truyền tốt trong nước biển. Đây là những thách thức kỹ thuật phức tạp mà DARPA đã nhìn thấy cơ hội để giải quyết thông qua một chương trình duy nhất, nhằm nâng cao công nghệ của các phương tiện không người lái dưới nước.
Manta Ray không chỉ giúp cải tiến công nghệ UUV mà còn giải quyết những vấn đề như hiện tượng "bám sinh vật biển", ăn mòn, khó khăn trong việc phát triển động cơ hiệu suất cao sử dụng ít năng lượng, và tìm kiếm các phương pháp phát hiện và phân loại mối nguy hiểm dưới nước. Kết quả là một chiếc drone ít cần bảo trì trong môi trường khó khăn, có thể thực hiện nhiệm vụ dưới nước với sự giám sát của con người ở mức tối thiểu.
Manta Ray là một ví dụ điển hình cho tính chất mô phỏng sinh học, tức là lấy cảm hứng từ tự nhiên để giải quyết các vấn đề kỹ thuật. Điều này thường thể hiện rõ trong phát triển máy bay, nơi mà các kỹ sư đã tìm đến cánh chim để tìm kiếm cơ chế nâng. Hình dạng của manta ray cực kỳ hiệu quả trong việc bơi lội dưới nước, cho phép sinh vật khổng lồ này lướt êm ái qua làn nước với những cánh vẫy chậm rãi. Phương pháp lướt này giúp chúng “tiết kiệm năng lượng và tối đa hóa hiệu suất di chuyển” và đáng ngạc nhiên là manta ray đã duy trì hình dạng của mình không thay đổi trong suốt 100 triệu năm.
Chế độ “bay” dưới nước này cũng rất hữu ích cho một chiếc drone được thiết kế để hoạt động độc lập trong khoảng thời gian dài. Thay vì vỗ cánh, Manta Ray dường như sử dụng các cánh quạt nhỏ để di chuyển, và càng ít năng lượng tiêu tốn cho các cánh quạt thì càng tốt.
Một yêu cầu quan trọng đối với Manta Ray là khả năng hoạt động mà không cần can thiệp của con người. Drone không chỉ cần sử dụng ít năng lượng mà còn phải thu thập năng lượng từ biển. Khả năng tái tạo nguồn năng lượng này giúp giảm kích thước và trọng lượng của drone, khiến nó nhỏ hơn và khó bị phát hiện hơn.
Có hai cách giải quyết vấn đề năng lượng. Một là năng lượng mặt trời - sạc pin từ một tấm pin mặt trời, lý tưởng là được tích hợp vào thân drone. Tuy nhiên, ánh sáng mặt trời sẽ nhanh chóng yếu đi khi đi sâu xuống đại dương, và drone sẽ phải nổi lên mặt nước để sạc pin, làm tăng khả năng bị phát hiện.
Một nguồn năng lượng khả thi khác là năng lượng sóng. Trong một video của DARPA năm 2022, drone đã mở rộng một thiết bị thu năng lượng sóng có thể thu nhỏ để chuyển đổi chuyển động của nước thành điện năng. Điều này cho phép drone nằm dưới đáy đại dương và sạc pin mà không phải rủi ro bị phát hiện bởi kẻ thù.
Một drone có khả năng thực hiện nhiệm vụ tự động mà không cần tiếp nhiên liệu mở ra một thế giới cơ hội. Một trong số đó là sử dụng Manta Ray như một hệ thống giám sát. Ví dụ, trong một video, drone dường như đang nổi lên một mảng hydrophone. Hydrophone, hay còn được biết đến là sonar thụ động, thực chất là các microphone khổng lồ, lắng nghe âm thanh của đại dương để phát hiện âm thanh của tàu ngầm kẻ thù. Chúng không phát ra tín hiệu có thể phát hiện, sử dụng rất ít năng lượng và trong khi có khả năng thu thập một lượng lớn dữ liệu, AI có thể lọc dữ liệu và chỉ gửi những tín hiệu khả nghi cho các nhà phân tích con người để xem xét thêm.
Hiện tại, hải quân vẫn phụ thuộc vào các tàu mặt nước chuyên dụng và một số mảng hydrophone tĩnh để theo dõi tàu ngầm. Những con tàu này tương đối dễ bị tấn công và sẽ phải rút lui trong thời gian chiến tranh. Và các mảng, khi đã bị phát hiện, có thể trở thành mục tiêu để phá hủy. Trong tương lai, hải quân có thể triển khai một đội ngũ hàng chục Manta Rays được trang bị hydrophone vào, chẳng hạn, Biển Đông. Từ đó, chúng có thể cung cấp theo dõi liên tục các tàu chiến và tàu ngầm Trung Quốc khi chúng di chuyển từ khu vực này sang khu vực khác.
Một nhiệm vụ khác có thể là chống tàu ngầm. Trong khi một số Manta Ray có thể được sử dụng để xác định và theo dõi tàu ngầm kẻ thù, những chiếc khác có thể mang vũ khí - chẳng hạn như ngư lôi chống tàu ngầm siêu nhẹ Mk 46 – và phóng chúng khi tàu ngầm kẻ thù xác định được ở trong tầm ngắm. Một đội tàu ngầm gồm Manta Rays có thể trở thành một mạng lưới chống tàu ngầm di động, có khả năng tự điều động từ khu vực này sang khu vực khác.
Khả năng chỉ huy và kiểm soát mà chương trình DARPA dự kiến được tích hợp vào các drone có nghĩa là hệ thống có thể học hỏi theo thời gian, chia sẻ dữ liệu mới về tàu ngầm kẻ thù - từ các chữ ký âm thanh của chúng cho đến những âm thanh đặc trưng của từng “tàu”. Mặc dù manta ray thật sự là một sinh vật hòa bình của đại dương, nhưng phiên bản robot của nó lại có khả năng trở thành một kẻ giết người thực sự.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/military/research/a60432262/manta-ray-underwater-vehicle/
