Việt Nam chế tạo thành công robot thông minh dạng người

Robot dạng người hay robot hình người là robot có hình dạng cơ thể được tạo hình để trông giống như cơ thể con người. Thiết kế của nó ở các mức độ khác nhau, tùy theo mục đích chức năng. Robot phục vụ thử nghiệm có thể có dáng sơ sài, chẳng hạn để nghiên cứu về vận động bằng hai chân, hoặc chỉ là robot nửa thân trên có tích hợp AI vào giúp robot giao tiếp. Nói chung, robot hình người có thân, đầu, hai cánh tay và hai chân. Tuy nhiên một số robot hình người đơn giản có thể chỉ mô hình hóa một phần của cơ thể. Một số robot hình người cũng có đầu được thiết kế với các đặc điểm khuôn mặt của con người như mắt và miệng. Robot có tính thẩm mỹ giống với con người cũng có các mức khác nhau, từ loại có khuôn mặt người đến loại toàn thân thể giống người.

Khi robot dạng người muốn trở nên thông minh, linh hoạt hơn thì các yếu tố cần thiết đó là “mắt”, “tai” và “bộ não”. Đây là xu hướng đang được các nhà nghiên cứu trên thế giới tập trung phát triển hoàn thiện. Trí tuệ nhân tạo được coi là một phương pháp căn bản để thể hiện trí thông minh của con người và được xếp hạng đầu tiên trong top 10 xu hướng công nghệ.

Hiện nay, việc kết hợp được trí tuệ nhân tạo (AI) vào với mắt máy (machine vision) và nhận dạng âm thanh (speech recognition) là một hướng nghiên cứu tiềm năng và rất nhiều triển vọng trong việc chế tạo ra những robot dạng người, đặc biệt trong giai đoạn cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Điều đó sẽ giúp robot trở nên thông minh, linh hoạt, ngày càng thân thiện trong hành động và giao tiếp, trợ giúp được con người nhiều hơn.

Nắm bắt được xu hướng đó, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ (KH&CN) Việt Nam trong nhiều năm qua đã có hướng phát triển khoa học công nghệ ưu tiên mã số VAST01: Công nghệ thông tin, Điện tử, Tự động hoá và Công nghệ vũ trụ. Mục tiêu là tạo ra các sản phẩm khoa học công nghệ đa ngành, liên ngành với hàm lượng khoa học cao. Hàng năm, các đề tài nghiên cứu phát triển các loại robot khác nhau được ưu tiên đầu tư thực hiện, trong đó có hướng nghiên cứu, phát triển robot dạng người.

Đề tài VAST01.01/20-21: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot dạng người thông minh IVASTBot ứng dụng trong giao tiếp, phục vụ con người” do TS. Ngô Mạnh Tiến, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam làm chủ nhiệm với mục tiêu và nội dung là nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot dạng người thông minh IVASTBot ứng dụng trong giao tiếp, hướng dẫn, giới thiệu cho khách, có khả năng tự hành, tránh vật cản, có khả năng giao tiếp cơ bản và cung cấp các thông tin cho người dùng trong cơ sở dữ liệu sẵn có, nhận dạng và lưu trữ dữ liệu người giao tiếp và có một số hành động giao tiếp phù hợp ngữ cảnh.

Để làm chủ công nghệ thiết kế, chế tạo robot dạng người thông minh đòi hỏi sự kết hợp đa ngành công nghệ như: Cơ khí chính xác, điện tử, công nghệ nhúng, quang điện tử và xử lý ảnh, công nghệ robot, công nghệ thông tin. Bên cạnh đó là kết hợp của một số ngành công nghệ mới: Trí tuệ nhân tạo (AI), Internet kết nối vạn vật (IoT), dữ liệu lớn (big data), công nghệ robot tự hành, công nghệ in 3D. Trong đó nổi bật là các ứng dụng trí tuệ nhân tạo đã nghiên cứu ứng dụng trong các tác vụ rất đặc thù cho robot dạng người: Chuyển động tự hành cho robot, xử lý nhận dạng ngôn ngữ tự nhiên tiếng Việt, nhận dạng cử chỉ hành vi người giao tiếp cũng như nhận dạng và lưu trữ mặt người giao tiếp. Có thể nói, robot dạng người là thể hiện rõ nhất của sự kết hợp các công nghệ cách mạng công nghiệp 4.0, chuyển đổi số trong khoa học, công nghệ.

Robot dạng người thông minh IVASTBot có các thông số kỹ thuật sau:

- Chiều cao: 160cm, cân nặng: 50kg, chân đế 50cm x 50cm.

- Tay robot: 3 DOF và khớp bàn tay, thân robot 2 DOF, chân đế di chuyển sử dụng 04 động cơ DC Servo và 04 bánh Omni di chuyển đa hướng.

- Đầu robot: chuyển động 2 trục, gắn Camera phục vụ nhận dạng ảnh người giao tiếp.

- Cụm thân robot và hình dáng sử dụng khung Inox, nhôm hợp kim chịu lực, in 3D nhựa. Trước ngực robot trang bị màn hình TouchScreen giúp giao tiếp với người sử dụng.

- Robot sử dụng acqui và pin Lithium, thời gian hoạt động tối đa 04 tiếng liên tục.

Các kết quả cụ thể và tính năng của IVASTBot

- Tự hành, tránh vật cản: phạm vi hoạt động 50m x 50m; tốc độ di chuyển tối đa 1m/s; Robot có thể lập bản đồ khu vực hoạt động, định vị chính xác, di chuyển tự động linh hoạt, tối ưu quỹ đạo di chuyển và tránh các vật cản động và vật cản tĩnh (con người hoặc đồ vật kích cỡ nhỏ nhất 10 cm x 10 cm x 20 cm).

- Giao tiếp cơ bản với người các câu đơn giản bằng tiếng Việt (trainning sẵn trên TX2) và trả lời các câu hỏi phức tạp khác khi có kết nối Server API của Google.

- Robot có khả năng cử động đầu, các khớp tay theo các kịch bản, kế hoạch hay tích hợp với các tác vụ nhận dạng giọng nói, hành vi người giao tiếp phù hợp với ngữ cảnh giao tiếp.

- Robot có khả năng nhận dạng và lưu trữ mặt người giao tiếp.

Các đóng góp mới nổi bật từ việc chế tạo thành công robot IVASTBot

Đề tài đã nghiên cứu thuật toán mới và thực thi lập trình nhúng thuật toán xây dựng bản đồ và định vị chính xác cho robot tự hành trên nền Hệ điều hành cho robot ROS (Robot Operating System), thuật toán điều hướng và di chuyển thông minh cho Robot tự hành trên nền Hệ điều hành cho robot ROS. Các thuật toán này được nhúng trên thiết bị xử lý hiệu năng cao chuyên dụng của NVIDIA Jetson TX2 đã giúp robot di chuyển tự hành và thông minh. Các kết quả về mặt học thuật đã được công bố trên các tạp chí quốc tế uy tín (SCIE, Scopus), kỷ yếu hội nghị khoa học trong và ngoài nước. Kết quả cũng đã được lập trình nhúng, thử nghiệm trên IVASTBot.

Đề tài cũng đã nghiên cứu các thuật toán và phần mềm thực thi các tác vụ cơ bản khác của IVASTBot: thuật toán ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong xử lý và nhận dạng, giao tiếp ngôn ngữ tự nhiên tiếng Việt, ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong nhận dạng cử chỉ hành vi người giao tiếp, nhận dạng khuôn mặt người giao tiếp.

Các ứng dụng của IVASTBot và hướng phát triển

Việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công mẫu robot dạng người thông minh IVASTBot ứng dụng trong giao tiếp, phục vụ con người không chỉ có tiềm năng ứng dụng, khả năng thương mại hóa cao, mà còn khẳng định năng lực nghiên cứu, chế tạo tổng hợp đa ngành công nghệ cao, đáp ứng và làm chủ công nghệ lõi của cách mạng công nghiệp 4.0, chuyển đổi số, phát triển các nghiên cứu robot trí tuệ nhân tạo hướng tới xã hội số của Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam.

Sản phẩm nghiên cứu là một công cụ thí nghiệm hữu hiệu sử dụng trong đào tạo nguồn nhân lực và nghiên cứu chuyên sâu theo hướng làm chủ và phát triển công nghệ ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong xử lý, nhận dạng hình ảnh, tiếng nói Tiếng Việt, IoT và Robot. Robot dạng người thông minh này có thể ứng dụng vào vị trí lễ tân, đón khách và giao tiếp hướng dẫn khách tại các cơ quan, văn phòng, phục vụ tại các nhà hàng, khách sạn, hay thay thế nhân viên hỗ trợ y tế, hướng dẫn khách du lịch, hướng dẫn và hỗ trợ khách hàng tại các điểm giao dịch ngân hàng, sân bay, hỗ trợ cứu hộ, cứu nạn, v.v...

Định hướng phát triển trong thời gian tới

Đề tài sẽ tiếp tục hoàn thiện thiết kế và cải tiến về phần cơ khí, hình dáng robot để có thể thân thiện hơn và thương mại hóa. Nghiên cứu chuyên sâu, nâng cấp và tích hợp các công cụ nhận dạng giọng nói tiếng Việt phong phú hơn cho robot ứng với các ứng dụng cụ thể. Nghiên cứu chuyên sâu, nâng cấp và tích hợp các công cụ nhận dạng mặt người, cử chỉ hành vi của người giao tiếp và ứng dụng cụ thể chức năng giao tiếp cho các ứng dụng cụ thể. Nghiên cứu sâu về robot ROS để làm chủ việc tích hợp các tác vụ thành phần như di chuyển, nhận dạng tiếng nói, hình ảnh, cử động tay và phản ứng của khuôn mặt phù hợp ngữ cảnh nhằm robot hoạt động đúng và đảm bảo thời gian thực.