Các nhà nghiên cứu tại Viện Máy móc và Vật liệu Hàn Quốc đã tạo ra một bánh xe có khả năng thích ứng linh hoạt với các địa hình khác nhau.

Cụ thể, dự án được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại đây đã tạo ra bánh xe biến hình có khả năng thích ứng với nhiều địa hình bằng cách thay đổi độ cứng của nó theo thời gian thực, thậm chí có thể vượt qua các chướng ngại vật có kích thước gấp 1.3 lần bán kính của nó. Công nghệ đột phá này hứa hẹn sẽ cách mạng hóa các thiết bị di chuyển, robot và phương tiện, đặc biệt là trong các môi trường khó khăn.

Cấu trúc của bánh xe và cách hoạt động

Cấu trúc bánh xe

Bánh xe biến hình này bao gồm một số thành phần chính tương tác với nhau để điều chỉnh độ cứng theo thời gian thực.

Phần ngoài cùng của bánh xe là khối xích thông minh, hoạt động như một cấu trúc linh hoạt có thể thay đổi hình dạng và độ cứng tùy thuộc vào lực căng được áp dụng. Khối xích này được kết nối với các nan dây liên kết với trục trung tâm của bánh xe. Các nan dây đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát và điều chỉnh sức căng bề mặt của khối xích bằng cách siết chặt hoặc nới lỏng. Cuối cùng, trục trung tâm nằm ở giữa bánh xe là nơi cố định các nan dây. Khi có sự thay đổi khoảng cách trong cấu trúc trục, nó sẽ làm cho các nan dây kéo chặt hơn hoặc nới lỏng ra, qua đó thay đổi độ cứng của khối xích.

Ngoài ra, nhóm thiết kế sử dụng cấu trúc module để giúp việc tích hợp vào nhiều thiết bị di động khác nhau như xe lăn hay robot trở nên dễ dàng mà không cần cảm biến hay máy móc phức tạp. Điều này cho phép các thành phần như nan dây và khối xích thông minh hoạt động độc lập với nhau. Bên cạnh đó, cấu trúc module này khiến việc thay thế và nâng cấp bánh xe trở nên dễ dàng mà không làm ảnh hưởng đến hệ thống. Khi có sự cố xảy ra, người sử dụng chỉ cần kiểm tra và sửa chữa từng module riêng lẻ. Điều này phần nào giúp tiết kiệm thời gian sữa chữa và chi phí bảo trì. 

Cách bánh xe hoạt động

Bánh xe biến hình lấy cảm hứng từ sức căng bề mặt trong các giọt chất lỏng giúp giữ được hình dạng dưới lực tác động khác nhau. Nó hoạt động bằng cách điều chỉnh độ căng của các nan dây nối với khối xích thông minh. Khi bánh xe di chuyển trên bề mặt phẳng, các nan dây siết chặt, kéo khối xích vào bên trong và tăng sức căng bề mặt, làm cho bánh xe trở nên cứng hơn và hiệu quả hơn khi di chuyển nhanh. Khi gặp chướng ngại vật như đá hoặc cầu thang, các nan dây nới lỏng, giảm sức căng bề mặt và cho phép khối xích thông minh trở nên linh hoạt hơn. Điều này giúp bánh xe biến dạng và lăn qua địa hình gồ ghề hoặc không bằng phẳng một cách dễ dàng.

Việc điều chỉnh độ căng của bánh xe được thực hiện tự động theo thời gian thực, dựa trên địa hình mà bánh xe gặp phải mà không cần cảm biến hay sự can thiệp từ bên ngoài, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả và dễ thích ứng hơn.

Kết quả thí nghiệm

Bánh xe biến hình đã trải qua thử nghiệm thành công trong nhiều tình huống khác nhau. Bánh xe này đã được tích hợp vào một chiếc xe lăn và đã có thể leo lên cầu thang cao 18 cm trong khi mang theo một hình nộm kích thước thật. Ngoài ra, bánh xe cũng đã được thử nghiệm vận hành trên một phương tiện và đạt tốc độ lên đến 30 km/h. Trong một thí nghiệm khác, Một hệ thống bốn bánh được trang bị bánh xe biến hình đã được thử nghiệm trên các chướng ngại có chiều cao lên tới 1,3 lần bán kính của bánh xe. Trong các thí nghiệm này, bánh xe được nhóm nghiên cứu thiết kế đã có thể thích nghi theo địa hình gồ ghề khác nhau mà vẫn ổn định và hiệu quả, mở ra tiềm năng lớn khi ứng dụng ở tốc độ cao. 

Ứng dụng tiềm năng

Bánh xe thông minh này mở ra một tiềm năng ứng dụng rất lớn trong lĩnh vực robot hay di chuyển nhờ khả năng linh hoạt điều chỉnh độ cứng của nó. Khả năng ứng dụng đầu tiên là Robot bốn chân hoặc hai chân. Thách thức chính đối với các robot này là khả năng di chuyển hiệu quả trên các bề mặt phẳng trong khi vẫn có thể vượt qua chướng ngại vật. Bánh xe biến hình có hỗ trợ những con robot này di chuyển trên bề mặt phẳng hay vượt qua chướng ngại vật thông qua cơ chế hoạt động của nó mà không khiến robot bị mất cân bằng.

Ngoài ra, trong môi trường công nghiệp robot thường cần di chuyển qua nhiều bề mặt khác nhau trong khi mang theo tải trọng nặng. Khả năng điều chỉnh độ cứng của bánh xe biến hình sẽ giúp các robot dễ dàng thực hiện nhiệm vụ của mình. Thêm vào đó, bánh xe này có thể ứng dụng vào các sứ mệnh quân sự hay cứu hộ với robot. Các nhiệm vụ này thường đối mặt với địa hình khó đoán trước, từ đống đổ nát trong khu vực thảm họa đến địa hình nguy hiểm ở vùng chiến sự. Khả năng thích ứng theo thời gian thực của bánh xe biến hình cho phép những robot tham chiến có thể hỗ trợ hoàn thành nhiệm vụ

Một ứng dụng khác tiềm năng là các phương tiện mặt đất không người lái (UGV) vốn được sử dụng cho việc thám hiểm, giám sát hoặc giao hàng. Những phương tiện này thường cần phải di chuyển qua các môi trường phức tạp với các chướng ngại như vỉa hè, cầu thang hoặc địa hình gồ ghề. 

Hiện tại, nhóm KIMM dự kiến ứng dụng rộng rãi công nghệ này trong các thiết bị di chuyển cá nhân như xe lăn và robot. Họ hướng tới việc thương mại hóa công nghệ để sử dụng trong các phương tiện giao hàng không người lái và hệ thống tự động khác cần vượt qua chướng ngại vật đô thị như vỉa hè hoặc cầu thang. Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự định tối ưu hóa công nghệ để đạt tốc độ cao hơn—lên đến 100 km/h—giúp nó phù hợp với phương tiện thông thường. Nhóm cũng đang làm việc để thu nhỏ và mô-đun hóa hệ thống nhằm thích ứng với nhiều nền tảng khác nhau.