Ứng dụng robot tự hành trong giám sát hoạt động núi lửa Etna (Italy)

Các nhà nghiên cứu tại Đại học ETH Zurich (Thụy Sĩ) đã triển khai một robot bốn chân, còn được gọi là robot “chó”, lên sườn núi lửa Etna của Italy để tự động dò tìm các loại khí có thể báo hiệu những thay đổi trong hoạt động núi lửa. Dự án nhằm thu thập dữ liệu phục vụ dự báo phun trào, đồng thời giảm rủi ro cho con người khi tiếp cận những khu vực địa hình nguy hiểm.

Robot bốn chân có tên ANYmal có thể nhận diện các loại khí trong khi di chuyển qua vành miệng núi lửa, cát núi lửa rời rạc và nhiều bề mặt gồ ghề khác.

Chia sẻ với Reuters, bà Julia Richter, Phòng thí nghiệm Hệ thống Robot của ETH Zurich, cho biết: “Chúng tôi thực sự muốn dự báo khi nào các vụ phun trào sẽ xảy ra. Và để làm được điều đó, chúng tôi cần dữ liệu”.

Bà Julia Richter cũng nhấn mạnh những thách thức khi cử người trực tiếp lên núi lửa: “Vấn đề là, nếu chúng tôi cử con người đi, thì điều đó rất khó khăn về mặt hậu cần và cũng rất nguy hiểm, bởi ở đó có khí độc và địa hình rất không ổn định. Và vì vậy, chúng tôi muốn sử dụng robot thay thế”.

Nhóm nghiên cứu đã trang bị cho robot bốn chân có tên ANYmal một máy quang phổ khối do công ty INFICON của Thụy Sĩ chế tạo. Thiết bị này cho phép robot nhận diện các loại khí trong khi di chuyển qua vành miệng núi lửa, cát núi lửa rời rạc và nhiều bề mặt gồ ghề khác, những điều kiện thường khiến các phương tiện bánh xe gặp khó khăn.

Robot cũng được tích hợp nhiều cảm biến và sử dụng trí tuệ nhân tạo, cụ thể là phương pháp “học tăng cường”, để tự học cách di chuyển và đưa ra quyết định dựa trên môi trường xung quanh. Theo bà Richter: “Cách mà robot thực sự điều khiển các động cơ của mình một cách phối hợp được huấn luyện thông qua học tăng cường, và điều này cho phép robot phát triển các thuật toán điều khiển rất bền vững, giúp nó vượt qua những địa hình khó khăn, như những gì chúng tôi gặp phải tại khu vực núi lửa”.

Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục các thử nghiệm trong tương lai để khắc phục những hạn chế hiện tại của hệ thống tự hành robot.

Trong các thử nghiệm thực địa tại Etna, nhóm nghiên cứu đã tiến hành ba nhiệm vụ tự hành trong nhiều dạng địa hình khác nhau, đạt mức độ tự động từ khoảng 93% đến 100%. Robot đã phát hiện được 5 trong số 8 nguồn khí heli được bố trí có chủ đích để mô phỏng khí núi lửa, trong bối cảnh các luồng khí thay đổi khó lường và phụ thuộc mạnh vào gió. Một nhiệm vụ khác có điều khiển từ xa, được thực hiện gần các miệng phun khí tự nhiên, đã phát hiện sulfur dioxide và carbon dioxide, với các phép đo cầm tay được sử dụng để xác nhận vị trí các miệng phun.

Bà Richter cho biết nhóm sẽ tiếp tục các thử nghiệm trong tương lai để khắc phục những hạn chế hiện tại của hệ thống tự hành. Bà nói: “Mục tiêu của chúng tôi là đạt được mức tự hành hoàn toàn; tức là chúng tôi có thể giao cho robot một mục tiêu ở khoảng cách hàng trăm mét, thậm chí ở quy mô hàng kilomet, và robot sẽ tự động di chuyển tới đó. Và để làm được điều này, nó cần có sự hiểu biết đầy đủ về mọi thứ đang diễn ra xung quanh, và đó vẫn là một hướng nghiên cứu mà chúng tôi đang theo đuổi, trong đó các thử nghiệm thực địa như tại Etna là rất giá trị để giúp chúng tôi đạt được mục tiêu này”.

Theo các nhà khoa học, việc giám sát khí có vai trò then chốt, bởi sự thay đổi trong phát thải khí có thể cung cấp những dấu hiệu sớm về những gì đang diễn ra dưới lòng đất. Khi magma dâng lên, áp suất giảm và các khí hòa tan thoát ra, đôi khi làm thay đổi lượng khí phát thải trên bề mặt trước khi xảy ra phun trào. Carbon dioxide có thể được giải phóng sớm trong quá trình magma đi lên, trong khi sulfur dioxide thường trở nên rõ rệt hơn khi magma tiến gần bề mặt và các đường dẫn khí trở nên khô hơn. Đây là những thông tin quan trọng giúp hỗ trợ dự báo rủi ro và đưa ra các quyết định như nâng mức cảnh báo.