Giữa kỷ nguyên robot hình người, các nhà khoa học lại chế tạo robot cá có chân, bắt chúng tiến hóa lại từ đầu

Con người đã chính thức bước vào kỷ nguyên robot hình người. Đó là những gì mà chúng ta có thể thấy trong sự kiện Cybercab của Tesla vào tháng trước, khi Elon Musk giới thiệu mẫu robot Optimus của mình.

Đó là một robot có ngoại hình giống với chúng ta, có đầu, tứ chi và đi thăng bằng trên hai chân.

Và nếu như bạn để ý một chút về lịch sử, loài người đã mất 4 triệu năm tiến hóa để có thể đứng thẳng dậy và đi trên hai chân. 

Nhưng robot mất chỉ 25 năm để làm được điều đó: Từ những bước đi chập chững của ASIMO, robot do hãng Honda chế tạo vào đầu thập niên 2000, đến những robot thế hệ Atlas đi trên hai chân thực thụ ở Boston Dynamics giữa thập niên 2010.

Và bây giờ, chúng ta đang chứng kiến những bước đi uyển chuyển của Optimus, cũng như hàng loạt mẫu robot hình người khác ở Trung Quốc như Xbot-L, Star-1, Walker S1…

Nhìn vào ngoại hình và những bước đi của thế hệ robot hình người hiện tại, chúng ta không không liên tưởng đến bộ phim I, Robot (2004) dựa trên tiểu thuyết cùng tên của Isaac Asimov xuất bản năm 1950, nói về một thế giới mà robot hình người có thể nổi dậy và chống lại chúng ta, chính những người đã tạo ra chúng.

Thế nhưng, hãy tạm gác lại những nỗi lo lắng đó sang một bên để tới với một nghiên cứu mới vừa được đăng tải trên tạp chí Science Robotics.

Trong đó, các nhà khoa học không hề chế tạo ra robot hình người. Mà họ lại đang tạo ra những robot hình cá có chân, dựa theo nguyên mẫu của những cổ sinh vật cổ sống ở thời điểm 390 triệu năm về trước.

Ở một thời điểm mà nghiên cứu về robot hình người và trí tuệ nhân tạo đang phả hơi nóng vào gáy chúng ta, nhìn vào những con robot cổ sinh này có thể khiến chúng ta an tâm đôi chút. 

Ít nhất, bạn cũng sẽ có cảm giác còn lâu những robot này mới tiến hóa được đến độ đe dọa nền an ninh nhân loại.

Nhưng đừng quá chủ quan, các nhà khoa học cho biết họ có thể giúp những robot này đẩy nhanh tốc độ tiến hóa, rút ngắn hàng triệu năm xuống chỉ còn 1 ngày. Ở tốc độ đó, robot cá sẽ chỉ mất hơn 1 năm để trở lại thành hình dạng con người. 

Câu hỏi đặt ra là: Chúng sẽ trở thành gì sau đó?

Những khoảng trống trong ngành nghiên cứu cổ sinh vật học

Có một sự thật, toàn bộ sự sống trên Trái Đất đều bắt nguồn từ đại dương. Tuy nhiên, bắt đầu từ khoảng 390 triệu năm trước, tổ tiên của các loài động vật trên cạn đã quyết định đổi vây lấy chân tay, thay mang bằng phổi để rời khỏi môi trường nước.

Đây là bước chuyển đổi quan trọng trong quá trình tiến hóa của tất cả các loài sinh vật đang sinh sống trên hành tinh ngày nay, bao gồm cả con người.

Quá trình khởi đầu trên Tiktaalik, một loài cá vây thùy nước ngọt cổ đại. Bằng một áp lực nào đó mà loài cá này bắt đầu tiến hóa và mọc xương ra ở vây, thứ cho phép chúng có thể nâng đầu và ngực lên để đi bộ trên mặt đất.

Trong quá trình nhón hai vây trước để nâng cỡ cơ thể trên cạn, những con cá Tiktaalik đã phát triển một số khớp xương và cơ tiền thân giống như trên cổ tay và bàn tay của chúng ta.

Bằng chứng giải phẫu từ hóa thạch cá Tiktaalik cho thấy những cơ xương này không xuất hiện trong cả cẳng tay, khuỷu tay và cánh tay con người, nhưng vẫn còn hiện diện trên bàn tay.

Do đó, trái với trực giác cho rằng, tay các sinh vật phải mọc từ gốc trở ra, bàn tay mới là thứ mà tiến hóa trang bị cho chúng ta đầu tiên để tiến lên cuộc sống trên cạn.

Những kiến thức này, thông thường, chỉ có thể được xác nhận bằng nghiên cứu hóa thạch của các loài cổ sinh vật như Sarcopterygii, Eusthenopteron và Tiktaalik, những loài cá có chân đầu tiên trên Trái Đất.

Thật không may, các loài động vật này đều đã tuyệt chủng từ lâu. Hóa thạch của chúng, nếu có thể được tìm thấy sau gần 400 triệu năm, cũng không còn nguyên vẹn. Có loài thì được tìm thấy, có loài thì không. Ngay cả khi hóa thạch của một loài cá có chân được tìm thấy, chưa chắc cấu trúc xương của chúng còn được bảo tồn.

"Sự hạn chế của các bằng chứng hóa thạch khiến chúng ta chưa có được bức tranh đầu đủ và liền mạch về quá trình các sinh vật cổ đại chuyển từ môi trường nước lên sống trên cạn", Tiến sĩ Michael Ishida, một kỹ sư robot đến từ Khoa Kỹ thuật của Đại học Cambridge cho biết.

Chẳng hạn như hiện tại, các nhà cổ sinh vật học đang muốn đi tìm manh mối về các cấu trúc chi sau, liên quan đến khớp hông và xương chậu của sinh vật cổ đại. Nhưng bằng chứng hóa thạch của giai đoạn tiến hóa này rất khiêm tốn.

"Đó là lúc robot có thể phát huy tác dụng, giúp chúng ta lấp đầy những khoảng trống trong nghiên cứu, đặc biệt là khi nghiên cứu những thay đổi lớn trong cách di chuyển của động vật có xương sống", tiến sĩ Ishida nói.

Tái hiện lại những ngày đầu của sự sống trên cạn bằng robot

Để có thể giúp các nhà cổ sinh vật nghiên cứu quá trình tiến hóa của cá khi chúng mới ngày đầu lên cạn, đặc biệt là tập trung vào phần chi dưới, tiến sĩ Ishida và nhóm nghiên cứu của mình tại Đại học Cambridge đã quyết định tạo ra những robot mô phỏng các loài động vật cổ sinh có khả năng đã tồn tại trên Trái Đất.

Họ làm điều đó bằng cách nghiên cứu kỹ các loài cá có chân đã từng tồn tại trong thời kỳ đồ đá cũ, với hóa thạch đầy đủ đã được tìm thấy. Cấu trúc giải phẫu, bao gồm các khớp, cơ, xương và chuyển động của chúng sẽ được mô hình hóa trên máy tính.

Sau đó, các nhà khoa học sẽ làm điều tương tự với một số loài cá có chân họ hàng của chúng vẫn còn sống ở thời điểm hiện tại, ví dụ như cá thòi lòi, cá phổi, cá vây tia châu Phi. Các loài sinh vật này sẽ giúp hiệu chỉnh mô hình tiến hóa một cách chính xác.

Mô hình tiến hóa sẽ được áp dụng cho các sinh vật cổ đại, để tạo ra một robot có khả năng đi lại, mô phỏng những bước chân đầu tiên của những sinh vật sống trên mặt đất.

Thông qua những mô hình đầu tiên này, nhóm của tiến sĩ Ishida đã kiểm tra một giả thuyết cho rằng quá trình tiến hóa từ vây thành chân của các sinh vật cổ đại đã tuân theo "nguyên lý tiết kiệm năng lượng".

Nghĩa là những con cá cần đạt được các cấu trúc giải phẫu ở vây, trong thời gian nhanh nhất, sao cho chúng có dáng đi đỡ mệt và tiết kiệm sức nhất. Bởi cá di chuyển càng dễ dàng thì khả năng sống sót của chúng trong thời kỳ "quá độ" từ dưới nước lên trên cạn càng cao.

Sử dụng robot chạy bằng pin, tiến sĩ Ishida có thể dễ dàng tính toán năng lượng mất đi trong mỗi mô hình giải phẫu của mình. Chỉ cần tìm ra mô hình nào tiết kiệm năng lượng nhất, đó sẽ là loài cổ sinh vật có khả năng tồn tại nhất.

"Trong phòng thí nghiệm hiện tại, chúng ta không thể khiến một loài cá có chân phải đi lại khác đi, và chúng ta chắc chắn không thể khiến một hóa thạch di chuyển, vì vậy chúng tôi đang sử dụng robot để mô phỏng giải phẫu và hành vi của chúng", tiến sĩ Ishida cho biết.

"Trong một số trường hợp, chúng tôi chỉ muốn đoán xem một số xương nhất định được kết nối hoặc hoạt động như thế nào. Nhưng đó là lý do tại sao robot lại hữu ích đến vậy—chúng giúp chúng tôi xác nhận những phỏng đoán này và cung cấp bằng chứng mới để hỗ trợ hoặc bác bỏ chúng".

Hàng triệu năm tiến hóa có thể được tua nhanh chỉ trong vòng 1 ngày

Bây giờ, bạn có thể thắc mắc: Tại sao các nhà khoa học không chỉ sử dụng mô phỏng máy tính để làm tất cả những điều này? Họ có thể tạo ra một sinh vật ảo, bên trong một môi trường ảo và cho chúng tiến hóa bằng thuật toán ảo?

Câu trả lời đơn giản là họ không thể. Các môi trường ban đầu của sinh vật cho phép chúng tiến hóa từ dưới nước lên trên cạn thường bao gồm một hỗn hợp rất nhiều bùn, đất, cát và đá. Đây đều là các yếu tố mô phỏng rất phức tạp.

Chỉ bằng cách đặt một sinh vật vào trong môi trường này ngoài đời thật, các nhà khoa học mới biết được chúng sẽ tiến hóa ra sao. Và bởi chúng ta không thể hồi sinh các hóa thạch sống, tạo ra một robot thay thế chúng là một cách sáng tạo để làm điều đó.

Bằng cách đặt một robot cổ sinh vào các môi trường này, các nhà khoa học mới có thể biết được chúng sẽ tiến hóa như thế nào?

Ví dụ, thông qua các thử nghiệm về "nguyên lý tiết kiệm năng lượng", các mô hình máy tính có thể đưa ra các mô hình giải phẫu được cho là khả thi nhất, trong từng bước tiến hóa của sinh vật như: Xương vây của chúng sẽ nhô ra bao nhiêu, xương nào sẽ tiến hóa trước để dài ra trước, khớp nào sẽ xuất hiện đầu tiên trong số tất cả các khớp mà chúng ta có ngày nay…

Các dự đoán này sau đó có thể được in ra ngay thành các bộ phận cơ học để thay thế cho robot. Các robot này sau đó sẽ được lắp ráp lại, và thả vào môi trường thực tế, để kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết.

Và bởi các mô hình điều chỉnh này có thể được chế tạo bằng máy in 3D chỉ trong vòng vài phút, và việc kiểm tra năng lượng của chúng có thể được thực hiện trong vòng 24 giờ, tiến sĩ Ishida cho biết: "Các nhà chế tạo robot có thể kiểm tra tác động của hàng triệu năm tiến hóa chỉ trong một ngày".

Ở tốc độ này, những con cá Tiktaalik có chân đầu tiên sẽ chỉ mất 90 ngày để tiến hóa thành thằn lằn, 170 ngày để tiến hóa thành khủng long, 226 ngày để thành thú mỏ vịt, 323 ngày để thành thú có vú và 390 ngày để thành con người.

"Việc chế tạo một robot ... hy vọng sẽ giúp chúng tôi hiểu rõ hơn một chút về loại áp lực tiến hóa nào, hoặc loại cơ chế nào đã bắt đầu buộc loài cá phát triển những cấu trúc giải phẫu khác nhau có thể hữu ích trên cạn", tiến sĩ Ishida cho biết.

Ngoài ra, robot cổ sinh có thể giúp kiểm tra các giả thuyết tiến hóa độc đáo, ví dụ như điều gì sẽ xảy ra nếu 66 triệu năm về trước, một thiên thạch không lao xuống Trái Đất khiến loài khủng long tuyệt chủng?

Những con khủng long có thể tiến hóa như thế nào? Liệu loài người có được sinh ra hay không?

"Nghiên cứu này đặc biệt thú vị, vì nó thể hiện một tiềm năng sử dụng robot để nghiên cứu những quá trình biến đổi lớn của tiến hóa", Steve Brusatte, một nhà cổ sinh vật học tại Đại học Edinburgh nhận xét.

"Những con robot này có thể giúp chúng ta kiểm tra các giả thuyết về lịch sử sự sống".

Và các nhà khoa học thậm chí không muốn chỉ nhìn vào quá khứ. Họ cho biết những con robot tương tự có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về những thay đổi tiến hóa đang diễn ra ở cả các loài động vật ngày nay, bao gồm cả con người.

Trong những giả thuyết còn mang tính viễn tưởng hơn nữa, robot cũng cho phép chúng thử nghiệm các tình huống chẳng hạn như nếu những cổ sinh vật này xuất hiện trên một hành tinh khác ngoài Trái Đất, chúng có thể tiến hóa ra sao?

Sẽ ra sao nếu chúng ta đem các loài động vật, và chính chúng ta tới một hành tinh khác? Sự sống có thể tiếp tục tiến hóa trên Sao Hỏa, mặt trăng của Sao Mộc hay vành đai Sao Thổ như thế nào?

Suy cho cùng, bởi môi trường sống của các hành tinh khác nhau, sự sống sẽ tiến hóa theo các con đường khác nhau trên đó. Và bởi robot có thể tiến hóa nhanh hơn chúng ta, chúng ta có thể nhìn thấy trước tương lai của mình từ chúng.