Hôm nay, một loại drone dưới nước mới vừa được giới thiệu, mang dáng vẻ của một trong những sinh vật thanh thoát và huyền bí nhất đại dương - Manta Ray. Được phát triển bởi Northrop Grumman, chiếc drone này được thiết kế nhằm thực hiện các nhiệm vụ quân sự với tầm hoạt động xa và thời gian hoạt động lâu dài. Chế tạo cho Cơ quan Nghiên cứu Dự án Quốc phòng Tiên tiến (DARPA), Manta Ray có khả năng khai thác năng lượng từ biển và đã trải qua bốn năm nghiên cứu phát triển.
Manta Ray khởi đầu từ năm 2020, với mục tiêu phát triển một "loại phương tiện dưới nước không người lái (UUV) mới, có thời gian hoạt động lâu dài, tầm xa và khả năng mang theo hàng hóa." Chiếc drone này dự kiến sẽ thực hiện các nhiệm vụ dưới nước với sự can thiệp tối thiểu từ con người.
Nhưng điều đó không hề đơn giản. Nước biển có tính ăn mòn, các sinh vật biển như hải mã, sứa và rong biển có thể làm tắc nghẽn các bộ phận cơ động, và nhiều loại bức xạ điện từ, đặc biệt là ánh sáng mặt trời, không thể truyền qua nước biển hiệu quả. Đây là một loạt thách thức kỹ thuật phức tạp mà DARPA đã thấy cơ hội để giải quyết thông qua một chương trình duy nhất, nhằm nâng cao trình độ công nghệ UUV.
Manta Ray được thiết kế để tiên tiến công nghệ UUV, tập trung vào các vấn đề như hiện tượng "biofouling" (sự bám dính của sinh vật biển), ăn mòn, khó khăn trong việc tạo ra động cơ tiết kiệm năng lượng nhưng hiệu suất cao, và tìm kiếm các phương pháp "phát hiện và phân loại mối nguy hiểm dưới nước" với mức tiêu thụ điện năng thấp. Kết quả là một drone ít bảo trì trong môi trường đòi hỏi nhiều bảo trì, có thể thực hiện các nhiệm vụ dưới nước với sự can thiệp tối thiểu từ con người.
Manta Ray là một ví dụ điển hình của việc học hỏi từ thiên nhiên, một phương pháp được gọi là biomimicry trong kỹ thuật. Mô hình thân hình của manta ray cực kỳ hiệu quả cho việc bơi lội dưới nước, cho phép sinh vật khổng lồ này lướt qua làn nước một cách chậm rãi và uyển chuyển. Cách bơi này giúp chúng "tiết kiệm năng lượng và tối đa hóa hiệu quả di chuyển." Sự phát triển này đã giúp manta ray tồn tại một cách tương đối không thay đổi trong suốt 100 triệu năm qua.
Cách "bay" dưới nước này cũng cực kỳ hữu ích cho một drone được thiết kế để hoạt động tự động trong thời gian dài. Manta Ray không vỗ cánh như manta ray thật, nhưng có vẻ như nó sử dụng các cánh quạt nhỏ để di chuyển, và càng ít năng lượng được tiêu thụ bởi các cánh quạt thì càng tốt.
Một yêu cầu quan trọng của Manta Ray là khả năng hoạt động mà không cần sự can thiệp của con người. Drone không chỉ cần sử dụng lượng năng lượng tối thiểu, mà còn phải có khả năng thu năng lượng từ biển. Việc tái tạo nguồn năng lượng giúp giảm kích thước và trọng lượng của drone, làm cho nó trở nên nhỏ gọn hơn và khó bị phát hiện hơn.
Có hai cách để giải quyết vấn đề năng lượng. Một là năng lượng mặt trời - sạc pin từ một mảng năng lượng mặt trời, lý tưởng là được tích hợp vào lớp vỏ của drone. Tuy nhiên, ánh sáng mặt trời nhanh chóng mất đi độ sáng khi xuống sâu dưới đại dương, và drone có thể phải nổi lên bề mặt để sạc pin, khiến nó dễ bị phát hiện.
Một nguồn năng lượng tiềm năng khác là năng lượng sóng. Trong một video của DARPA vào năm 2022, drone mở rộng một thiết bị thu năng lượng sóng, có vẻ như có thể thu nhỏ lại, chuyển động của nước thành điện năng. Điều này cho phép drone ngồi ở đáy đại dương và sạc pin mà không gặp rủi ro bị phát hiện bởi kẻ thù.
Một drone có thể thực hiện các nhiệm vụ một cách tự động mà không cần tiếp nhiên liệu mở ra một thế giới cơ hội. Một trong số đó là sự sử dụng Manta Ray như một hệ thống giám sát. Ví dụ, trong một video, drone dường như đang trôi nổi một mảng micro thủy âm. Micro thủy âm, hay còn gọi là sonar thụ động, là những chiếc micro khổng lồ nghe ngóng đại dương để phát hiện âm thanh của tàu ngầm kẻ thù. Chúng không phát ra bức xạ có thể phát hiện, tiêu tốn rất ít điện năng, và trong khi thường thu thập một lượng dữ liệu khổng lồ, một trí tuệ nhân tạo có thể lọc dữ liệu đó và chỉ chuyển tiếp các tín hiệu nghi ngờ cho các nhà phân tích con người để nghiên cứu thêm.
Hiện tại, Hải quân phụ thuộc vào các tàu mặt nước chuyên dụng và một số mảng micro thủy âm tĩnh để theo dõi tàu ngầm. Các tàu này có độ dễ tổn thương cao và cần phải rút lui trong thời gian chiến tranh. Và các mảng, khi vị trí của chúng đã được biết, có thể bị nhắm đến để phá hủy. Trong tương lai, Hải quân có thể triển khai một đội tàu gồm hàng chục Manta Rays được trang bị micro thủy âm vào, chẳng hạn, Biển Đông. Từ đó, chúng có thể liên tục theo dõi việc di chuyển của các tàu chiến và tàu ngầm Trung Quốc khi chúng di chuyển từ khu vực này sang khu vực khác của Manta Ray.
Một nhiệm vụ khác có thể là chiến tranh chống tàu ngầm. Trong khi một số Manta có thể được sử dụng để xác định và theo dõi tàu ngầm kẻ thù, các Manta khác có thể mang theo vũ khí - chẳng hạn như ngư lôi Mk 46 nhẹ chống tàu ngầm - và được phóng ra khi tàu ngầm kẻ thù đã được xác nhận đến gần. Một đội tàu ngầm gồm các Manta có thể trở thành một mạng lưới di động chống tàu ngầm, có khả năng tự triển khai từ khu vực này sang khu vực khác.
Khả năng chỉ huy và kiểm soát mà chương trình DARPA tưởng tượng được tích hợp trong các drone có nghĩa là hệ thống này có thể học hỏi theo thời gian, chia sẻ dữ liệu mới về tàu ngầm kẻ thù - như chữ ký âm thanh của chúng và các âm thanh đặc trưng do từng "tàu" phát ra. Mặc dù manta ray thật là một sinh vật hòa bình của đại dương, nhưng phiên bản robot của nó có tiềm năng trở thành một kẻ sát thủ thực sự.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/military/research/a60432262/manta-ray-underwater-vehicle/
Manta Ray khởi đầu từ năm 2020, với mục tiêu phát triển một "loại phương tiện dưới nước không người lái (UUV) mới, có thời gian hoạt động lâu dài, tầm xa và khả năng mang theo hàng hóa." Chiếc drone này dự kiến sẽ thực hiện các nhiệm vụ dưới nước với sự can thiệp tối thiểu từ con người.
Nhưng điều đó không hề đơn giản. Nước biển có tính ăn mòn, các sinh vật biển như hải mã, sứa và rong biển có thể làm tắc nghẽn các bộ phận cơ động, và nhiều loại bức xạ điện từ, đặc biệt là ánh sáng mặt trời, không thể truyền qua nước biển hiệu quả. Đây là một loạt thách thức kỹ thuật phức tạp mà DARPA đã thấy cơ hội để giải quyết thông qua một chương trình duy nhất, nhằm nâng cao trình độ công nghệ UUV.
Manta Ray được thiết kế để tiên tiến công nghệ UUV, tập trung vào các vấn đề như hiện tượng "biofouling" (sự bám dính của sinh vật biển), ăn mòn, khó khăn trong việc tạo ra động cơ tiết kiệm năng lượng nhưng hiệu suất cao, và tìm kiếm các phương pháp "phát hiện và phân loại mối nguy hiểm dưới nước" với mức tiêu thụ điện năng thấp. Kết quả là một drone ít bảo trì trong môi trường đòi hỏi nhiều bảo trì, có thể thực hiện các nhiệm vụ dưới nước với sự can thiệp tối thiểu từ con người.
Manta Ray là một ví dụ điển hình của việc học hỏi từ thiên nhiên, một phương pháp được gọi là biomimicry trong kỹ thuật. Mô hình thân hình của manta ray cực kỳ hiệu quả cho việc bơi lội dưới nước, cho phép sinh vật khổng lồ này lướt qua làn nước một cách chậm rãi và uyển chuyển. Cách bơi này giúp chúng "tiết kiệm năng lượng và tối đa hóa hiệu quả di chuyển." Sự phát triển này đã giúp manta ray tồn tại một cách tương đối không thay đổi trong suốt 100 triệu năm qua.
Cách "bay" dưới nước này cũng cực kỳ hữu ích cho một drone được thiết kế để hoạt động tự động trong thời gian dài. Manta Ray không vỗ cánh như manta ray thật, nhưng có vẻ như nó sử dụng các cánh quạt nhỏ để di chuyển, và càng ít năng lượng được tiêu thụ bởi các cánh quạt thì càng tốt.
Một yêu cầu quan trọng của Manta Ray là khả năng hoạt động mà không cần sự can thiệp của con người. Drone không chỉ cần sử dụng lượng năng lượng tối thiểu, mà còn phải có khả năng thu năng lượng từ biển. Việc tái tạo nguồn năng lượng giúp giảm kích thước và trọng lượng của drone, làm cho nó trở nên nhỏ gọn hơn và khó bị phát hiện hơn.
Có hai cách để giải quyết vấn đề năng lượng. Một là năng lượng mặt trời - sạc pin từ một mảng năng lượng mặt trời, lý tưởng là được tích hợp vào lớp vỏ của drone. Tuy nhiên, ánh sáng mặt trời nhanh chóng mất đi độ sáng khi xuống sâu dưới đại dương, và drone có thể phải nổi lên bề mặt để sạc pin, khiến nó dễ bị phát hiện.
Một nguồn năng lượng tiềm năng khác là năng lượng sóng. Trong một video của DARPA vào năm 2022, drone mở rộng một thiết bị thu năng lượng sóng, có vẻ như có thể thu nhỏ lại, chuyển động của nước thành điện năng. Điều này cho phép drone ngồi ở đáy đại dương và sạc pin mà không gặp rủi ro bị phát hiện bởi kẻ thù.
Một drone có thể thực hiện các nhiệm vụ một cách tự động mà không cần tiếp nhiên liệu mở ra một thế giới cơ hội. Một trong số đó là sự sử dụng Manta Ray như một hệ thống giám sát. Ví dụ, trong một video, drone dường như đang trôi nổi một mảng micro thủy âm. Micro thủy âm, hay còn gọi là sonar thụ động, là những chiếc micro khổng lồ nghe ngóng đại dương để phát hiện âm thanh của tàu ngầm kẻ thù. Chúng không phát ra bức xạ có thể phát hiện, tiêu tốn rất ít điện năng, và trong khi thường thu thập một lượng dữ liệu khổng lồ, một trí tuệ nhân tạo có thể lọc dữ liệu đó và chỉ chuyển tiếp các tín hiệu nghi ngờ cho các nhà phân tích con người để nghiên cứu thêm.
Hiện tại, Hải quân phụ thuộc vào các tàu mặt nước chuyên dụng và một số mảng micro thủy âm tĩnh để theo dõi tàu ngầm. Các tàu này có độ dễ tổn thương cao và cần phải rút lui trong thời gian chiến tranh. Và các mảng, khi vị trí của chúng đã được biết, có thể bị nhắm đến để phá hủy. Trong tương lai, Hải quân có thể triển khai một đội tàu gồm hàng chục Manta Rays được trang bị micro thủy âm vào, chẳng hạn, Biển Đông. Từ đó, chúng có thể liên tục theo dõi việc di chuyển của các tàu chiến và tàu ngầm Trung Quốc khi chúng di chuyển từ khu vực này sang khu vực khác của Manta Ray.
Một nhiệm vụ khác có thể là chiến tranh chống tàu ngầm. Trong khi một số Manta có thể được sử dụng để xác định và theo dõi tàu ngầm kẻ thù, các Manta khác có thể mang theo vũ khí - chẳng hạn như ngư lôi Mk 46 nhẹ chống tàu ngầm - và được phóng ra khi tàu ngầm kẻ thù đã được xác nhận đến gần. Một đội tàu ngầm gồm các Manta có thể trở thành một mạng lưới di động chống tàu ngầm, có khả năng tự triển khai từ khu vực này sang khu vực khác.
Khả năng chỉ huy và kiểm soát mà chương trình DARPA tưởng tượng được tích hợp trong các drone có nghĩa là hệ thống này có thể học hỏi theo thời gian, chia sẻ dữ liệu mới về tàu ngầm kẻ thù - như chữ ký âm thanh của chúng và các âm thanh đặc trưng do từng "tàu" phát ra. Mặc dù manta ray thật là một sinh vật hòa bình của đại dương, nhưng phiên bản robot của nó có tiềm năng trở thành một kẻ sát thủ thực sự.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/military/research/a60432262/manta-ray-underwater-vehicle/
