Rô-bô hút bụi hoạt động ra sao?

Nhiều nhà bây giờ đã có rô-bô hút bụi. Đến đúng giờ là máy tự động chạy qua chạy lại hút bụi khắp nhà khi xong thì tự động chạy trở lại trạm tiếp điện (docking station). Làm sao rô-bô hút bụi có thể tự đi loanh quanh trong nhà? Nhất là làm sao nó có thể tránh không rơi xuống cầu thang?

Ngày 25 Tháng Chín, 2002 công ty iRobot biểu diễn rô-bô hút bụi Roomba đầu tiên tại trụ sở chính của công ty ở thành phố Somerville tiểu bang Massachussetts, Hoa Kỳ. Lúc đó Roomba là một sản phẩm mới lạ được nhiều sự chú ý, nhưng đứng về mặt thực dụng thì còn nhiều khuyết điểm. Kể từ đó rô-bô hút bụi đã tiến bộ rất nhiều. Hiện tại đã có nhiều công ty khác nhảy vào công nghệ rô-bô hút bụi. Ngay như Samsung, một công ty chuyên về máy móc điện tử cũng có bán rô-bô hút bụi.

Được biết iRobot là một công ty chuyên về rô-bô được thành lập từ năm 1990 bởi ba chuyên viên thượng thặng về công nghệ rô-bô ở đại học MIT (Massachusetts Institute of Technology), đó là Rodney Brooks, Colin Angle và Helen Greiner. iRobot chuyên nghiên cứu và phát triển rô-bô cho bộ quốc phòng Hoa Kỳ. Đến năm 2002 iRobot mới có một sản phẩm thương mại cho đại chúng đó là Roomba.

Các thành phần của rô-bô hút bụi

Vì Roomba là rô-bô hút bụi phổ thông nhất hiện nay nên những gì mô tả dưới đây là theo mô hình của Roomba. Những rô-bô hút bụi khác cũng tương tự như vậy. Rô-bô hút bụi thường là hình tròn và dẹp để có thể xoay trở dễ dàng và có thể chui dưới ghế và gường.

-Thành phần hút bụi

Cũng như tất cả các máy hút bụi bình thường, rô-bô hút bụi có một cái chổi lớn xoay tròn để vun rác vào và một động cơ sinh ra lực hút để hút rác vào một túi chứa rác. Nó cũng có ba cái chổi nhỏ xíu xoay quanh một trục ngang và ló ra ngoài một chút để quét bụi những góc kẹt mà chổi lớn không tới được.

-Thành phần di chuyển

Rô-bô hút bụi có hai bánh xe để di chuyển và một bánh lăn phía đằng trước. Mỗi bánh xe có gắn liền với một động cơ điện để đẩy bánh xe. Mỗi bánh xe có động cơ riêng nên hai bánh có thể quay với vận tốc khác nhau và giúp cho máy hút bụi đổi hướng đi. Động cơ có thể quay ngược lại. Như vậy khi máy hút bụi chạm vào vật gì thì có thể lùi lại và đi ra phía khác. Mỗi bánh xe còn có một cái cảm biến (sensor) để tính khoảng đường đi của máy. Bánh lăn thì không có động cơ, nhưng di chuyển tự do đủ mọi hướng. Mục đích của bánh lăn chỉ là làm bánh thứ ba cho máy không bị đổ.

–Nguồn năng lượng

Để điều hành tất cả các hệ thống và để vận chuyển rô-bô hút bụi dùng một pin điện nạp lại được. Loại pin này thường là loại niMH có thể dùng khoảng 90 phút mới phải nạp lại điện. Các rô-bô hút bụi hiện đại thường có một trạm tiếp điện, khi nào thấy gần hết pin thì máy tự động đi về trạm để nạp thêm điện.

Bộ vi xử lý và các cảm biến

Rô-bô hút bụi có thể làm nhiều việc một cách tự động không cần sự giúp sức của con người là vì nó có rất nhiều cái cảm biến. Những cái cảm biến này giúp cho máy hút bụi nhận biết được môi trường chung quanh và một bộ vi xử lý (microprocessor) để quyết định các hoạt động tùy theo hiện tình. Bộ vi xử lý cũng giống như bộ óc và các cái cảm biến giống như tai, mắt, và tay chân. Cái cảm biến ghi nhận mọi việc và truyền thông tin về bộ vi xử lý. Tùy theo thông tin nhận được mà bộ vi xử lý có những hành động khác nhau.

Cảm biến va chạm – phía đằng trước của máy hút bụi có một cái cảm biến gọi là cảm biến tia hồng ngoại. Cái cảm biến này chiếu ra một tia hồng ngoại (infrared) và có một tế bào quang điện (photoelectric cell). Tế bào quang điện nhận ánh sáng phản lại của tia hồng ngoại và tính ra khoảng cách từ máy hút bụi tới những vật trước mặt như chân ghế hay bức tường. Khi tới gần vật nào thì máy hút bụi sẽ chậm lại. Khi thật sự va vào vật cản thì cái cảm biến va chạm đặt phía trong cái cản cảm nhận được sự việc này và gửi một tín hiệu về bộ vi xử lý để bộ này ra lệnh cho máy hút bụi lùi lại rồi đi về hướng khác.

Cảm biến tường (wall sensor) – Phía hai bên của máy hút bụi cũng có cái cảm biến tia hồng ngoại. Cái cảm biến này giúp cho máy hút bụi đi theo sát bờ tường mà không chạm vào tường, cũng như đi quanh chân ghế. Nó cũng góp một phần trong việc quyết định đường đi của máy hút bụi.

Cảm biến bụi bặm – máy hút bụi đắt tiền có cái cảm biến dùng để biết có bụi bặm nhiều hay ít. Cái cảm biến này là một cảm biến áp điện (piezoelectric sensor). Khi những hạt bụi chạm vào cái cảm biến thì sinh ra một làn sóng điện. Cái cảm biến đo làn sóng điện này thì biết là có nhiều bụi hay ít. Nếu có nhiều bụi thì máy hút bụi sẽ đi trở lại và đi chầm chậm để hút bụi kỹ hơn.

Cảm biến tránh bậc thang – cũng giống như đo khoảng cách trước mặt, ở vòng ngoài của rô-bô hút bụi có mấy chỗ chiếu tia hồng ngoại xuống đất để đo khoảng cách từ máy tới mặt đất. Nếu tự nhiên khoảng cách này tăng lên đột ngột thì bộ vi xử lý biết là máy sắp tới một chỗ sâu xuống như bậc thang và ra lệnh cho bánh xe quay ngược lại để tránh rơi xuống hố hay bậc thang và đi chỗ khác.

Bức tường ảo

Roomba loại đắt tiền có một dụng cụ gọi là Tường Ảo (Virtual Wall ®). Bạn có thể dùng Tường Ảo để ngăn không cho Roomba đi vào một khu vực nào đó.

Đường đi của rô-bô hút bụi

Rô-bô hút bụi biết đi như thế nào để có thể hút bụi hết cả nhà không sót chỗ nào? Nhiều người nghĩ rằng rô-bô hút bụi đi theo những thuật toán học tinh vi, nhưng thật ra nó chỉ theo vài quy tắc đơn giản. Nó cũng không cần biết trước kích thước hay sơ đồ mặt bằng của nhà. Những quy tắc đó là:

Quy tắc đi thẳng: cứ đi thẳng cho đến khi chạm vào chướng ngại vật.

Quy tắc chạm vào: Nếu chạm phải vật gì thì lùi lại, quay  một góc nào đó rồi lại đi thẳng.

Quy tắc vòng xoắn: đi từ trong ra ngoài theo một vòng xoắn.

Quy tắc bám tường: dùng cảm biến tường để đi dọc theo bờ tường trong một thời gian rồi đi thẳng.

Hình sau đây cho thấy đường đi của một rô-bô hút bụi.

Rô-bô hút bụi tốt hay không

Theo các mạng chuyên thử nghiệm các vật dụng trong nhà thì rô-bô hút bụi tốt nếu nhà bạn tương đối không có nhiều dây nhợ chạy lung tung dưới đất và sàn bằng gỗ. Rô-bô hút bụi không được hữu hiệu nếu sàn có thảm dày. Dù sao thì rô-bô hút bụi vẫn chưa thể bằng máy hút bụi thường được.

Rô-bô trong các máy tự điều khiển khác

Vì sự thành công của Roomba nhiều công ty kể cả iRobot đã và đang phát triển nhiều máy móc tự điều khiển khác. iRobot có máy tự động làm sạch hồ bơi. Có công ty khác sản xuất ra máy cắt cỏ tự động. Trong tương lai chắc con người không phải động tay chân, tất cả các công việc sẽ được thi hành một cách tự động bởi các rô-bô.