Hôm nay, một chiếc drone dưới nước mới được giới thiệu, mang hình dáng của một trong những sinh vật quyến rũ và kiêu hãnh nhất đại dương - Manta Ray. Được chế tạo bởi Northrop Grumman, chiếc drone này được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ quân sự với tầm hoạt động xa và thời gian hoạt động lâu dài. Sản phẩm này, được phát triển cho Cơ quan Nghiên cứu Dự án Quốc phòng Tiên tiến (DARPA), có khả năng thu năng lượng từ biển và đã trải qua bốn năm nghiên cứu phát triển.
Dự án Manta Ray bắt đầu từ năm 2020, với mục tiêu phát triển một "lớp mới của các phương tiện dưới nước không người lái (UUVs) có khả năng hoạt động lâu dài và tải trọng lớn." Manta Ray được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ dưới nước với sự can thiệp tối thiểu của con người, nhưng thực tế không hề đơn giản như vậy. Nước biển rất ăn mòn, các sinh vật biển như rêu, sứa và bánh xe có thể làm tắc nghẽn các bộ phận chuyển động, và nhiều dạng bức xạ điện từ (đặc biệt là ánh sáng mặt trời) không thể truyền tốt qua nước biển. Đây là những thách thức kỹ thuật phức tạp mà DARPA đã tìm cách giải quyết thông qua một chương trình duy nhất, nâng cao công nghệ UUV.
Manta Ray hướng đến việc giải quyết nhiều vấn đề trong công nghệ UUV như "sự bám dính sinh học" từ sinh vật biển, ăn mòn, khó khăn trong việc tạo ra động cơ điện tiết kiệm năng lượng và tìm kiếm cách phát hiện và phân loại nguy hiểm dưới nước với mức năng lượng thấp. Kết quả là một drone ít bảo trì trong môi trường cần bảo trì cao, có khả năng thực hiện các nhiệm vụ dưới nước với sự can thiệp ít nhất của con người.
Manta Ray là một ví dụ điển hình của nguyên tắc biomimicry, tức là tìm kiếm giải pháp từ thiên nhiên cho các vấn đề kỹ thuật. Đây thường là điều rõ ràng nhất trong công nghệ hàng không, nơi cần một cơ chế để tạo ra lực nâng. Đã từ lâu, người ta lấy cảm hứng từ đôi cánh của chim để phát triển máy bay. Hình dáng cơ thể của manta ray rất hiệu quả cho việc bơi lội dưới nước, giúp sinh vật khổng lồ này lướt qua các làn sóng với những cú vỗ nhẹ nhàng từ các vây giống như cánh. Phương pháp lướt này cho phép chúng "tiết kiệm năng lượng và tối đa hóa hiệu suất di chuyển". Điều này đã hoạt động rất tốt cho manta ray trong suốt 100 triệu năm qua.
Phương thức "bay" dưới nước này cũng rất 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 nó sử dụng các cánh quạt nhỏ để di chuyển, và càng ít năng lượng tiêu tốn bởi các cánh quạt thì càng tốt.
Yêu cầu quan trọng đối với Manta Ray là khả năng hoạt động mà không cần can thiệp của con người. Drone phải sử dụng tối thiểu năng lượng, đồng thời thu năng lượng từ biển. Khả năng tái tạo nguồn năng lượng giữ cho kích thước và trọng lượng của drone được giảm thiểu, khiến cho nó nhỏ hơn và khó phát hiện hơn.
Có hai cách để giải quyết vấn đề năng lượng. Một là năng lượng mặt trời - nạp lại pin từ một hệ thống năng lượng mặt trời, lý tưởng được tích hợp vào bề mặt của drone. Tuy nhiên, ánh sáng mặt trời nhanh chóng giảm khi đi sâu vào đại dương, và drone có thể cần phải nổi lên bề mặt để nạp pin, làm cho nó dễ bị phát hiện.
Một nguồn năng lượng khả thi khác là năng lượng sóng. Trong một video của DARPA năm 2022, drone mở rộng một thiết bị thu năng lượng sóng có thể thu năng lượng từ chuyển động của nước để chuyển đổi thành điện. Điều này cho phép drone ngồi ở đáy biển và nạp pin mà không gặp rủi ro bị phát hiện.
Một drone có khả năng thực hiện các 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 với một cụm hydrophone. Hydrophone, còn gọi là sonar thụ động, chủ yếu là những chiếc micro khổng lồ lắng nghe đại dương để phát hiện âm thanh của tàu ngầm địch. Chúng không phát ra bức xạ có thể phát hiện, sử dụng rất ít điện năng, và trong khi thường thu thập một lượng lớn dữ liệu, một AI có thể lọc dữ liệu đó và chỉ chuyển tiếp những tín hiệu nghi ngờ cho các nhà phân tích con người để nghiên cứu thêm.
Hiện tại, Hải quân Hoa Kỳ phụ thuộc vào các tàu mặt nước chuyên dụng và một số cụm hydrophone tĩnh để theo dõi tàu ngầm. Các tàu này tương đối dễ bị tấn công và sẽ phải rút lui trong thời gian chiến tranh. Còn các cụm, một khi vị trí của chúng bị phát hiện, có thể trở thành mục tiêu phá hủy. Trong tương lai, Hải quân có thể triển khai một đội tàu Manta Ray trang bị hydrophones vào, chẳng hạn như Biển Đông, từ đó có thể theo dõi liên tục các tàu chiến và tàu ngầm 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 địch, các Manta khác có thể mang theo vũ khí - như ngư lôi chống tàu ngầm Mk 46 nhẹ - và tấn công khi có tàu ngầm địch trong tầm ngắm. Một đội tàu Manta dưới nước có thể trở thành một mạng lưới chống tàu ngầm di động, có khả năng tự triển khai từ khu vực này sang khu vực khác.
Khả năng điều khiển và kiểm soát mà chương trình DARPA dự kiến tích hợp vào các drone có nghĩa là hệ thống có thể học theo thời gian, chia sẻ dữ liệu mới về tàu ngầm địch - chẳng hạn như những dấu hiệu âm thanh đặc trưng, và âm thanh riêng biệt của từng "tàu". Mặc dù manta ray thực sự là một sinh vật hòa bình của biển cả, nhưng phiên bản robot của nó có tiềm năng trở thành một kẻ sát thủ thực thụ.
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 mới của các phương tiện dưới nước không người lái (UUVs) có khả năng hoạt động lâu dài và tải trọng lớn." Manta Ray được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ dưới nước với sự can thiệp tối thiểu của con người, nhưng thực tế không hề đơn giản như vậy. Nước biển rất ăn mòn, các sinh vật biển như rêu, sứa và bánh xe có thể làm tắc nghẽn các bộ phận chuyển động, và nhiều dạng bức xạ điện từ (đặc biệt là ánh sáng mặt trời) không thể truyền tốt qua nước biển. Đây là những thách thức kỹ thuật phức tạp mà DARPA đã tìm cách giải quyết thông qua một chương trình duy nhất, nâng cao công nghệ UUV.
Manta Ray hướng đến việc giải quyết nhiều vấn đề trong công nghệ UUV như "sự bám dính sinh học" từ sinh vật biển, ăn mòn, khó khăn trong việc tạo ra động cơ điện tiết kiệm năng lượng và tìm kiếm cách phát hiện và phân loại nguy hiểm dưới nước với mức năng lượng thấp. Kết quả là một drone ít bảo trì trong môi trường cần bảo trì cao, có khả năng thực hiện các nhiệm vụ dưới nước với sự can thiệp ít nhất của con người.
Manta Ray là một ví dụ điển hình của nguyên tắc biomimicry, tức là tìm kiếm giải pháp từ thiên nhiên cho các vấn đề kỹ thuật. Đây thường là điều rõ ràng nhất trong công nghệ hàng không, nơi cần một cơ chế để tạo ra lực nâng. Đã từ lâu, người ta lấy cảm hứng từ đôi cánh của chim để phát triển máy bay. Hình dáng cơ thể của manta ray rất hiệu quả cho việc bơi lội dưới nước, giúp sinh vật khổng lồ này lướt qua các làn sóng với những cú vỗ nhẹ nhàng từ các vây giống như cánh. Phương pháp lướt này cho phép chúng "tiết kiệm năng lượng và tối đa hóa hiệu suất di chuyển". Điều này đã hoạt động rất tốt cho manta ray trong suốt 100 triệu năm qua.
Phương thức "bay" dưới nước này cũng rất 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 nó sử dụng các cánh quạt nhỏ để di chuyển, và càng ít năng lượng tiêu tốn bởi các cánh quạt thì càng tốt.
Yêu cầu quan trọng đối với Manta Ray là khả năng hoạt động mà không cần can thiệp của con người. Drone phải sử dụng tối thiểu năng lượng, đồng thời thu năng lượng từ biển. Khả năng tái tạo nguồn năng lượng giữ cho kích thước và trọng lượng của drone được giảm thiểu, khiến cho nó nhỏ hơn và khó phát hiện hơn.
Có hai cách để giải quyết vấn đề năng lượng. Một là năng lượng mặt trời - nạp lại pin từ một hệ thống năng lượng mặt trời, lý tưởng được tích hợp vào bề mặt của drone. Tuy nhiên, ánh sáng mặt trời nhanh chóng giảm khi đi sâu vào đại dương, và drone có thể cần phải nổi lên bề mặt để nạp pin, làm cho nó dễ bị phát hiện.
Một nguồn năng lượng khả thi khác là năng lượng sóng. Trong một video của DARPA năm 2022, drone mở rộng một thiết bị thu năng lượng sóng có thể thu năng lượng từ chuyển động của nước để chuyển đổi thành điện. Điều này cho phép drone ngồi ở đáy biển và nạp pin mà không gặp rủi ro bị phát hiện.
Một drone có khả năng thực hiện các 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 với một cụm hydrophone. Hydrophone, còn gọi là sonar thụ động, chủ yếu là những chiếc micro khổng lồ lắng nghe đại dương để phát hiện âm thanh của tàu ngầm địch. Chúng không phát ra bức xạ có thể phát hiện, sử dụng rất ít điện năng, và trong khi thường thu thập một lượng lớn dữ liệu, một AI có thể lọc dữ liệu đó và chỉ chuyển tiếp những tín hiệu nghi ngờ cho các nhà phân tích con người để nghiên cứu thêm.
Hiện tại, Hải quân Hoa Kỳ phụ thuộc vào các tàu mặt nước chuyên dụng và một số cụm hydrophone tĩnh để theo dõi tàu ngầm. Các tàu này tương đối dễ bị tấn công và sẽ phải rút lui trong thời gian chiến tranh. Còn các cụm, một khi vị trí của chúng bị phát hiện, có thể trở thành mục tiêu phá hủy. Trong tương lai, Hải quân có thể triển khai một đội tàu Manta Ray trang bị hydrophones vào, chẳng hạn như Biển Đông, từ đó có thể theo dõi liên tục các tàu chiến và tàu ngầm 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 địch, các Manta khác có thể mang theo vũ khí - như ngư lôi chống tàu ngầm Mk 46 nhẹ - và tấn công khi có tàu ngầm địch trong tầm ngắm. Một đội tàu Manta dưới nước có thể trở thành một mạng lưới chống tàu ngầm di động, có khả năng tự triển khai từ khu vực này sang khu vực khác.
Khả năng điều khiển và kiểm soát mà chương trình DARPA dự kiến tích hợp vào các drone có nghĩa là hệ thống có thể học theo thời gian, chia sẻ dữ liệu mới về tàu ngầm địch - chẳng hạn như những dấu hiệu âm thanh đặc trưng, và âm thanh riêng biệt của từng "tàu". Mặc dù manta ray thực sự là một sinh vật hòa bình của biển cả, nhưng phiên bản robot của nó có tiềm năng trở thành một kẻ sát thủ thực thụ.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/military/research/a60432262/manta-ray-underwater-vehicle/
