Bánh xe được cấu tạo từ các dải kim loại đàn hồi sắp xếp theo dạng xoắn ốc, cho phép nó biến dạng trong khi vẫn duy trì được độ bền cao (Ảnh: KAIST)

Trong nỗ lực chuẩn bị cho sứ mệnh đưa tàu đổ bộ lên Mặt trăng vào năm 2030, các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) đang phát triển một loại robot thăm dò với thiết kế bánh xe lấy cảm hứng từ nghệ thuật xếp giấy origami.

Ông Seong-bin Lee, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Cơ học và Robot Vũ trụ (ARML) thuộc KAIST, cho biết nhóm đã dành ba năm phát triển thiết kế này cùng Phòng thí nghiệm Khám phá Không người lái (UEL), một công ty robot vũ trụ tư nhân.

Bánh xe được cấu tạo từ nhiều dải vật liệu linh hoạt đan xen, kết hợp ý tưởng từ cầu Da Vinci – một kết cấu có thể tự đứng vững nhờ hình học và lực ma sát – với khả năng thay đổi hình dạng của origami.

Đường kính bánh xe có thể thu gọn còn khoảng 23cm để đặt vừa bên trong tàu đổ bộ, sau đó có thể mở rộng gấp đôi kích thước ban đầu khi triển khai trên Mặt trăng. Thiết kế này không cần bơm hơi, đồng thời cho phép bánh xe thay đổi hình dạng tùy theo yêu cầu hoạt động.

Ông Dae-Young Lee, phó giáo sư kiêm giám đốc ARML, cho biết các cơ cấu thay đổi hình dạng thông thường thường làm tăng kích thước, khối lượng và độ phức tạp của robot, đồng thời gây khó khăn cho việc bảo đảm độ tin cậy. Trong khi đó, thiết kế lấy cảm hứng từ origami giúp đơn giản hóa cơ cấu mà vẫn đáp ứng yêu cầu thu gọn và mở rộng.

Bánh xe được làm từ thép carbon cao chịu nhiệt, có khả năng uốn cong và co giãn. Nhóm nghiên cứu kỳ vọng thiết kế này giúp robot di chuyển trên địa hình gồ ghề, đồng thời chịu được điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt trên Mặt trăng, nơi mức chênh lệch nhiệt độ có thể vượt 260 độ C.

Một trong những mục tiêu của dự án là đưa robot vào khám phá các ống nham thạch trên Mặt trăng. Đây là những đường hầm tự nhiên được hình thành từ hoạt động núi lửa trong quá khứ. Các cấu trúc này có thể trở thành nơi trú ẩn cho con người trong tương lai nhờ khả năng che chắn bức xạ vũ trụ và hạn chế tác động của nhiệt độ khắc nghiệt. Tuy nhiên, việc tiếp cận các ống nham thạch không dễ dàng do địa hình có độ dốc lớn và nhiều vách đá dựng đứng.

Để đánh giá khả năng hoạt động, nhóm đã thử nghiệm bánh xe trong các hang động và ống nham thạch trên đảo Jeju, Hàn Quốc. Một mô hình thu nhỏ cũng được đưa vào thử nghiệm trong phòng thí nghiệm với nhiều điều kiện khác nhau, gồm vật liệu mô phỏng lớp đất bụi trên Mặt trăng, nhiệt độ khắc nghiệt và bùn lầy.

Bước tiếp theo, các nhà nghiên cứu hướng tới phát triển robot có khả năng tự điều chỉnh cách di chuyển để thích nghi với địa hình. Yiseub Yun, học viên cao học tại KAIST, đang sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để tối ưu hóa thiết kế và huấn luyện robot vượt chướng ngại vật.

Nhóm áp dụng phương pháp học tăng cường, trong đó AI cải thiện khả năng thực hiện nhiệm vụ thông qua quá trình thử nghiệm và điều chỉnh. Mục tiêu là xây dựng mô hình có thể xác định hình dạng robot và số lượng bánh xe phù hợp, giúp phương tiện di chuyển hiệu quả hơn trên bề mặt Mặt trăng.

Dự án là một trong những sáng kiến tại KAIST nhận được tài trợ từ Cơ quan Vũ trụ Hàn Quốc (KASA), thành lập năm 2024. Trong kế hoạch ngân sách năm 2027, Hàn Quốc đề xuất dành 1,65 nghìn tỷ won (khoảng 1,2 tỷ USD) cho lĩnh vực vũ trụ, tăng 47% so với năm 2026. Nước này đặt mục tiêu trở thành một trong năm cường quốc hàng không vũ trụ hàng đầu thế giới.

Nếu được phát triển thành công, thiết kế bánh xe có thể thu gọn và mở rộng sẽ giúp robot vượt qua một số hạn chế về kích thước khi phóng, đồng thời tăng khả năng tiếp cận những địa hình khó khám phá trên Mặt trăng.