Ngày hôm nay, một loại drone dưới nước mang hình dạng của một trong những sinh vật uyển chuyển và đầy lôi cuốn nhất đại dương đã được ra mắt. Được sản xuất bởi Northrop Grumman, Manta Ray được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ quân sự có phạm vi và thời gian hoạt động dài. Chiếc tàu ngầm này—được phát triển cho Cơ quan Nghiên cứu Dự án Quốc phòng Tiên tiến (DARPA) và có khả năng thu năng lượng từ biển—đã được nghiên cứu và phát triển trong suốt bốn năm.
Manta Ray bắt đầu hình thành từ năm 2020 với mục tiêu phát triển một "loại phương tiện dưới nước không người lái (UUV) có thời gian hoạt động lâu dài, phạm vi rộng và khả năng chở hàng." Manta Ray được kỳ vọng sẽ thực hiện các nhiệm vụ dưới nước với mức giám sát của con người tối thiểu nhất có thể.
Tuy nhiên, điều này không hề đơn giản. Nước biển có tính ăn mòn, sinh vật biển như trai biển, sứa và rong biển có thể làm tắc nghẽn các bộ phận chuyển động, và nhiều loại bức xạ điện từ (đặc biệt là ánh sáng mặt trời) không lan truyền tốt trong nước biển. Đây là một tập hợp các thách thức kỹ thuật phức tạp mà DARPA đã nắm bắt cơ hội để giải quyết thông qua một chương trình duy nhất, thúc đẩy sự phát triển của công nghệ UUV.
Manta Ray nhằm nâng cao công nghệ UUV, giải quyết các vấn đề như "sự bám dính sinh học" của động vật biển, sự ăn mòn, khó khăn trong việc phát triển động cơ tiết kiệm năng lượng và hiệu quả cao, cũng như tìm kiếm cách phát hiện và phân loại mối nguy hiểm dưới nước với mức năng lượng thấp. Kết quả là một drone ít bảo trì trong môi trường yêu cầu bảo trì cao, thực hiện các nhiệm vụ dưới nước với mức giám sát của con người tối thiểu.
Manta Ray là một ví dụ điển hình của việc học hỏi từ thiên nhiên, hay còn gọi là biomimicry. Đây là điều thường thấy trong việc phát triển máy bay, cần một cơ chế nâng để có thể bay, vì vậy mà các nhà thiết kế đã thường xuyên lấy cảm hứng từ cánh của những chú chim. Hình dáng cơ thể của manta ray cực kỳ hiệu quả trong việc bơi lội dưới nước, cho phép sinh vật khổng lồ này lướt qua mặt nước chỉ với những nhịp vỗ cánh chậm rãi và uyển chuyển. Phương pháp lướt này giúp chúng "tiết kiệm năng lượng và tối đa hóa hiệu suất di chuyển." Điều này đã hoạt động rất tốt cho manta ray, khiến chúng gần như không thay đổi trong suốt 100 triệu năm qua.
Phương thức ‘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 mà dường như sử dụng các cánh quạt nhỏ để di chuyển và càng tiêu tốn ít năng lượng, thì càng tốt.
Một yêu cầu quan trọng cho Manta Ray là khả năng hoạt động mà không cần sự can thiệp của con người. Drone không chỉ cần tiêu tốn ít năng lượng mà còn phải thu thập năng lượng từ biển. Khả năng tự tái tạo nguồn năng lượng giúp giảm kích thước và trọng lượng của drone, làm cho nó trở nên nhỏ gọn 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 hệ thống thu năng lượng mặt trời, lý tưởng là được tích hợp vào lớp vỏ của drone. Tuy nhiên, ánh sáng mặt trời nhanh chóng mờ đi khi nó đi sâu vào đại dương, và drone có thể phải nổi lên bề mặt để sạc pin, làm nó dễ bị phát hiện.
Một nguồn năng lượng khả thi khác là năng lượng sóng. Trong một video của DARPA năm 2022, drone này mở ra một thiết bị thu năng lượng sóng có thể thu thập chuyển động của nước và biến đổi thành điện. Điều này cho phép drone nằm ở đáy đại dương và sạc pin mà không bị nguy cơ bị kẻ thù phát hiện.
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 ví dụ là việc sử dụng Manta Ray như một hệ thống giám sát. Trong một video, drone này dường như đang vận hành một mảng hydrophone. Hydrophone, hay còn gọi là sonar thụ động, thực chất là những micro khổng lồ lắng nghe đại dương để phát hiện âm thanh của tàu ngầm kẻ thù. Chúng không phát ra tín hiệu có thể phát hiện, tiêu thụ ít điện năng, và mặc dù chúng thường thu thập số lượng lớn dữ liệu, một trí tuệ nhân tạo (AI) có thể sàng lọc dữ liệu đó và chỉ chuyển tiếp những tín hiệu nghi ngờ cho các nhà phân tích con người để nghiên cứu sâu hơn.
Hiện tại, Hải quân Mỹ dựa vào các tàu mặt nước chuyên biệt và một số mảng hydrophone tĩnh để theo dõi tàu ngầm. Các tàu này tương đối dễ bị tấn công và phải rút lui trong thời gian chiến tranh. Và các mảng, một khi vị trí của chúng đã bị lộ, có thể trở thành mục tiêu bị tiêu diệt. Trong tương lai, Hải quân có thể triển khai một đội tàu hàng chục Manta Rays trang bị hydrophones vào khu vực Biển Đông để cung cấp việc theo dõi liên tục các tàu chiến và tàu ngầm của Trung Quốc khi chúng di chuyển từ khu vực phủ sóng của Manta Ray này sang khu vực khác.
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, những Manta khác có thể mang theo vũ khí—như ngư lôi chống tàu ngầm nhẹ Mk 46—và tiêu diệt khi một tàu ngầm kẻ thù đã xác nhận nằm trong tầm bắn. Một hạm đội Manta dưới nước có thể trở thành một mạng lưới tiêu diệt tàu ngầm tự động, 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 dự kiến xây dựng vào 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 con tàu tạo ra. Mặc dù manta ray thật là một sinh vật hòa bình của đại dương, phiên bản robot của nó lại có tiềm năng trở thành một cỗ máy giết người thực thụ.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/military/research/a60432262/manta-ray-underwater-vehicle/
Manta Ray bắt đầu hình thành từ năm 2020 với mục tiêu phát triển một "loại phương tiện dưới nước không người lái (UUV) có thời gian hoạt động lâu dài, phạm vi rộng và khả năng chở hàng." Manta Ray được kỳ vọng sẽ thực hiện các nhiệm vụ dưới nước với mức giám sát của con người tối thiểu nhất có thể.
Tuy nhiên, điều này không hề đơn giản. Nước biển có tính ăn mòn, sinh vật biển như trai biển, sứa và rong biển có thể làm tắc nghẽn các bộ phận chuyển động, và nhiều loại bức xạ điện từ (đặc biệt là ánh sáng mặt trời) không lan truyền tốt trong nước biển. Đây là một tập hợp các thách thức kỹ thuật phức tạp mà DARPA đã nắm bắt cơ hội để giải quyết thông qua một chương trình duy nhất, thúc đẩy sự phát triển của công nghệ UUV.
Manta Ray nhằm nâng cao công nghệ UUV, giải quyết các vấn đề như "sự bám dính sinh học" của động vật biển, sự ăn mòn, khó khăn trong việc phát triển động cơ tiết kiệm năng lượng và hiệu quả cao, cũng như tìm kiếm cách phát hiện và phân loại mối nguy hiểm dưới nước với mức năng lượng thấp. Kết quả là một drone ít bảo trì trong môi trường yêu cầu bảo trì cao, thực hiện các nhiệm vụ dưới nước với mức giám sát của con người tối thiểu.
Manta Ray là một ví dụ điển hình của việc học hỏi từ thiên nhiên, hay còn gọi là biomimicry. Đây là điều thường thấy trong việc phát triển máy bay, cần một cơ chế nâng để có thể bay, vì vậy mà các nhà thiết kế đã thường xuyên lấy cảm hứng từ cánh của những chú chim. Hình dáng cơ thể của manta ray cực kỳ hiệu quả trong việc bơi lội dưới nước, cho phép sinh vật khổng lồ này lướt qua mặt nước chỉ với những nhịp vỗ cánh chậm rãi và uyển chuyển. Phương pháp lướt này giúp chúng "tiết kiệm năng lượng và tối đa hóa hiệu suất di chuyển." Điều này đã hoạt động rất tốt cho manta ray, khiến chúng gần như không thay đổi trong suốt 100 triệu năm qua.
Phương thức ‘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 mà dường như sử dụng các cánh quạt nhỏ để di chuyển và càng tiêu tốn ít năng lượng, thì càng tốt.
Một yêu cầu quan trọng cho Manta Ray là khả năng hoạt động mà không cần sự can thiệp của con người. Drone không chỉ cần tiêu tốn ít năng lượng mà còn phải thu thập năng lượng từ biển. Khả năng tự tái tạo nguồn năng lượng giúp giảm kích thước và trọng lượng của drone, làm cho nó trở nên nhỏ gọn 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 hệ thống thu năng lượng mặt trời, lý tưởng là được tích hợp vào lớp vỏ của drone. Tuy nhiên, ánh sáng mặt trời nhanh chóng mờ đi khi nó đi sâu vào đại dương, và drone có thể phải nổi lên bề mặt để sạc pin, làm nó dễ bị phát hiện.
Một nguồn năng lượng khả thi khác là năng lượng sóng. Trong một video của DARPA năm 2022, drone này mở ra một thiết bị thu năng lượng sóng có thể thu thập chuyển động của nước và biến đổi thành điện. Điều này cho phép drone nằm ở đáy đại dương và sạc pin mà không bị nguy cơ bị kẻ thù phát hiện.
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 ví dụ là việc sử dụng Manta Ray như một hệ thống giám sát. Trong một video, drone này dường như đang vận hành một mảng hydrophone. Hydrophone, hay còn gọi là sonar thụ động, thực chất là những micro khổng lồ lắng nghe đại dương để phát hiện âm thanh của tàu ngầm kẻ thù. Chúng không phát ra tín hiệu có thể phát hiện, tiêu thụ ít điện năng, và mặc dù chúng thường thu thập số lượng lớn dữ liệu, một trí tuệ nhân tạo (AI) có thể sàng lọc dữ liệu đó và chỉ chuyển tiếp những tín hiệu nghi ngờ cho các nhà phân tích con người để nghiên cứu sâu hơn.
Hiện tại, Hải quân Mỹ dựa vào các tàu mặt nước chuyên biệt và một số mảng hydrophone tĩnh để theo dõi tàu ngầm. Các tàu này tương đối dễ bị tấn công và phải rút lui trong thời gian chiến tranh. Và các mảng, một khi vị trí của chúng đã bị lộ, có thể trở thành mục tiêu bị tiêu diệt. Trong tương lai, Hải quân có thể triển khai một đội tàu hàng chục Manta Rays trang bị hydrophones vào khu vực Biển Đông để cung cấp việc theo dõi liên tục các tàu chiến và tàu ngầm của Trung Quốc khi chúng di chuyển từ khu vực phủ sóng của Manta Ray này sang khu vực khác.
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, những Manta khác có thể mang theo vũ khí—như ngư lôi chống tàu ngầm nhẹ Mk 46—và tiêu diệt khi một tàu ngầm kẻ thù đã xác nhận nằm trong tầm bắn. Một hạm đội Manta dưới nước có thể trở thành một mạng lưới tiêu diệt tàu ngầm tự động, 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 dự kiến xây dựng vào 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 con tàu tạo ra. Mặc dù manta ray thật là một sinh vật hòa bình của đại dương, phiên bản robot của nó lại có tiềm năng trở thành một cỗ máy giết người thực thụ.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/military/research/a60432262/manta-ray-underwater-vehicle/
