Côn trùng cứu hộ y tế, tại sao không?
Dưới đống đổ nát của thảm họa, nơi nạn nhân đang tuyệt vọng, nhân viên cứu hộ và những thiết bị thông thường không thể tiếp cận. Len lỏi qua đất đá, bụi bặm, một đội quân côn trùng lai máy nhỏ bé đã phát ra tín hiệu tìm thấy và tiếp cận nạn nhân.
Nhưng, đội quân ấy có thể làm gì hơn để hỗ trợ họ? Paraborg (tạm dịch: hệ thống côn trùng cứu hộ sinh học cơ khí hóa) - công trình nghiên cứu của các nhà khoa học tại Đại học Queensland và Đại học New South Wales (Australia) được phát triển để giải quyết câu hỏi này. Và loài gián đào hang khổng lồ là lựa chọn hoàn hảo để thực hiện nhiệm vụ. Chúng có kích thước khoảng 8cm, nặng 40g với hệ vận động khỏe mạnh.
Theo TS Võ Đoàn Tất Thắng (41 tuổi), Giám đốc Phòng thí nghiệm Robot sinh học, Đại học Queensland, nhóm nghiên cứu đã tận dụng khả năng sinh học có sẵn của gián đào hang khổng lồ, sau đó gắn thêm điện cực và thiết bị điện tử để điều khiển. Các xung điện nhỏ sẽ chuyển đến cơ quan cảm biến để tác động điều hướng, nhưng gián vẫn sử dụng khả năng tự nhiên để bước, vượt chướng ngại vật và giữ thăng bằng.
Trong nghiên cứu, gián lai máy mang theo camera và các ống tiêm, linh hoạt len qua những khoảng trống, vượt chướng ngại vật, dần tiếp cận mục tiêu. Khi đến đúng vị trí cần thiết, cơ cấu tiêm được kích hoạt từ xa dưới sự giám sát của người điều khiển.
Trong phạm vi gần (khoảng 15cm), gián lai máy thực hiện thành công nhiệm vụ tiêm thuốc với tỷ lệ 95%. Khi thực hiện toàn bộ quá trình điều hướng và tiêm thuốc, tỷ lệ thành công của chúng là 72%.
Theo TS Võ Đoàn Tất Thắng, trong gần 3 năm, anh và cộng sự lần lượt phát triển từng thành phần: thiết bị mang tải, cơ cấu tiêm, giao tiếp điện với côn trùng, điều khiển chuyển động và định vị, sau đó tích hợp thành hệ thống hoàn chỉnh. Một mũi tiêm tưởng như đơn giản, nhưng là bài toán của nhiều ngành khoa học.
Trong khi nhóm nghiên cứu của TS Võ Đoàn Tất Thắng có thế mạnh về sinh học côn trùng và điều khiển côn trùng lai máy, đội ngũ của PGS Đỗ Thanh Nhỏ, Giám đốc Phòng thí nghiệm Robot y tế tại Đại học New South Wales, lại mạnh về robot y sinh, robot phẫu thuật, vật liệu…
“Hai hướng nghiên cứu mang đến sự bổ trợ chuyên môn rất tự nhiên. Nhóm chúng tôi bổ sung góc nhìn y khoa, cơ chế ứng dụng thực tế và phát triển hệ thống tiêm thuốc tự động, phù hợp với kích thước, chuyển động và khả năng mang tải của loài gián khổng lồ”, PGS Đỗ Thanh Nhỏ chia sẻ.
Sự bổ trợ chuyên môn và sự giao thoa của những ý tưởng đã mang lại kết quả thành công bước đầu. PGS Đỗ Thanh Nhỏ cũng chính là tác giả của nghiên cứu “trái tim nhân tạo mềm” với kỳ vọng mang lại cơ hội sống cho người bệnh cần ghép tim.
Hơn 2 thập niên qua, những nghiên cứu về côn trùng lai máy đã được phát triển để tìm kiếm, thu thập hình ảnh và phát hiện nạn nhân. Tuy nhiên, Paraborg đã chuyển hướng phát triển từ “tìm kiếm và quan sát” sang “tìm kiếm và có khả năng can thiệp”.
Hiện Paraborg đang ở giai đoạn chứng minh tính khả thi. Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục cải thiện độ an toàn và tin cậy của cơ cấu can thiệp, giải quyết bài toán định vị, liên lạc, tự chủ và phối hợp nhiều cá thể trong môi trường đổ nát. Bước quan trọng tiếp theo là đưa hệ thống ra khỏi môi trường phòng thí nghiệm và thử nghiệm cùng các chuyên gia cứu hộ trong những môi trường mô phỏng ngày càng sát thực tế.
Trong hình dung của các nhà khoa học, ở thì tương lai, một nhóm côn trùng lai máy sẽ có mặt và phát huy tính năng ở những nơi mà đội cứu hộ và các phương tiện y tế thông thường không thể tiếp cận. Những “nhân viên cứu hộ” này sẽ có từng nhiệm vụ cụ thể: mang camera, mang cảm biến, hỗ trợ liên lạc, mang thiết bị thực hiện can thiệp y tế có mục tiêu dưới sự giám sát của con người.
Niềm đam mê nghiên cứu
Ý tưởng về những nhân viên cứu hộ đặc biệt khởi nguồn vào năm 2023, khi TS Võ Đoàn Tất Thắng và PGS Đỗ Thanh Nhỏ gặp lại nhau tại Đức. Gần 20 năm trước, họ được gieo những hạt giống của niềm đam mê nghiên cứu dưới giảng đường Trường Đại học Bách khoa TPHCM. Sau đó, cả hai đều sang Singapore làm nghiên cứu sinh với 2 hướng chuyên môn khác nhau.
Cuộc hội ngộ của những người chung ý tưởng về côn trùng lai máy (cyborg) đã khởi động cho hệ thống Paraborg. Với riêng TS Võ Đoàn Tất Thắng, đây còn là hành trình đặc biệt thú vị.
Anh lớn lên ở Củ Chi, TPHCM. Tuổi thơ là thế giới bao la của ruộng vườn và nông trại bên nhà. Những loài côn trùng nhỏ bé có một hấp lực lạ kỳ: anh nuôi cào cào ở đầu giường, rồi say sưa ngắm đàn kiến hành quân mang thức ăn về tổ.
Sau khi tốt nghiệp đại học và thạc sĩ ngành cơ khí (Trường Đại học Bách khoa TPHCM), anh trở thành nghiên cứu sinh tiến sĩ đầu tiên được đào tạo về côn trùng lai máy tại phòng thí nghiệm của GS Hirotaka Sato (ĐH Công nghệ Nanyang, Singapore).
Đây cũng là lúc niềm yêu thích côn trùng từ nhỏ gặp được nền tảng cơ khí và robot học. Sau đó, anh tiếp tục sang Đức làm nghiên cứu sau tiến sĩ về sinh học thần kinh, theo dõi chuyển động và hành vi côn trùng, trước khi đầu quân về Đại học Queensland (Ausatralia) xây dựng nhóm nghiên cứu riêng.
“ Từ một đứa trẻ ở Củ Chi thích quan sát côn trùng, tôi học cơ khí, nghiên cứu về robot học, khoa học thần kinh và robot sinh học. Hồi nhỏ, tôi tò mò tại sao những sinh vật nhỏ bé ấy lại khỏe, nhanh và linh hoạt đến thế? Còn bây giờ, câu hỏi của tôi là: chúng ta có thể hiểu và kết hợp khả năng đó với công nghệ như thế nào để mang lại lợi ích cho con người?”, TS Võ Đoàn Tất Thắng chia sẻ.
