Robot hình người và bài toán pin nan giải: Rào cản khiến “giấc mơ lao động AI” còn cách hiện thực cả thập kỷ

Trong hai năm trở lại đây, robot hình người đã trở thành một trong những chủ đề nóng nhất của giới công nghệ toàn cầu. Từ Tesla Optimus, Figure F.03 cho tới Atlas của Boston Dynamics, hàng loạt công ty đang chạy đua xây dựng những cỗ máy có khả năng bước đi, thao tác và làm việc như con người.

Các nhà đầu tư kỳ vọng robot hình người sẽ trở thành “hình hài vật lý” của trí tuệ nhân tạo tổng quát AGI, mở ra thị trường thay thế lao động trị giá hàng nghìn tỷ USD trong nhà máy, kho vận và thậm chí là hộ gia đình. Thế nhưng, phía sau những video demo đầy ấn tượng là một vấn đề ít được chú ý hơn nhiều: pin.

Không giống các cuộc thảo luận sôi động về AI, khả năng vận động hay độ khéo léo của robot, thời lượng pin thường chỉ xuất hiện như một dòng thông số kỹ thuật ngắn ngủi. Điều này trái ngược hoàn toàn với lịch sử phát triển của các thiết bị điện tử tiêu dùng.

Smartphone từng phải dành nhiều năm cải thiện dung lượng pin. Xe điện cũng mất gần hai thập kỷ để giải quyết “nỗi lo quãng đường”. Drone, laptop hay thiết bị đeo thông minh đều từng bị giới hạn nghiêm trọng bởi công nghệ lưu trữ năng lượng. Robot hình người cũng không ngoại lệ.

Một robot hai chân nặng khoảng 60-70 kg hiện nay chỉ có thể mang theo bộ pin khoảng 7-9 kg. Nếu tăng trọng lượng pin quá mức, trọng tâm cơ thể sẽ thay đổi, kéo theo chi phí cân bằng tăng mạnh và khiến robot khó vận hành ổn định.

Đây là lý do những mẫu robot tiên tiến như Tesla Optimus hay Figure F.03 đều chỉ dừng ở mức pin khoảng 2,3 kWh, thấp hơn rất nhiều so với ô tô điện. Vấn đề nằm ở chỗ robot hình người tiêu tốn năng lượng khổng lồ chỉ để… đứng và đi.

Con người sở hữu hệ xương và cơ chế sinh học được tối ưu qua hàng trăm triệu năm tiến hóa. Khi bước đi, chân người có thể “khóa” thụ động ở một số tư thế nhằm giảm tiêu hao năng lượng. Robot thì không có lợi thế này. Mọi khớp servo đều phải liên tục dùng động cơ để chống lại trọng lực và giữ cân bằng.

Theo các số liệu được giới nghiên cứu công bố, mức tiêu hao năng lượng khi di chuyển của robot hai chân có thể cao gấp nhiều lần con người. Một robot công nghiệp nặng khoảng 60 kg mang thêm hàng hóa có thể cần công suất liên tục 400-800W chỉ để di chuyển trên mặt phẳng. Đó mới chỉ là bài toán “đi bộ”.

Trong môi trường nhà kho hay dây chuyền sản xuất, robot còn phải liên tục nâng vật nặng, xoay người, giữ thăng bằng và xử lý các tình huống bất ngờ. Những thao tác này tạo ra các đỉnh tải công suất rất lớn, có lúc vượt 2.500-3.000W. Đối với pin lithium thương mại, đây là môi trường vận hành cực kỳ khắc nghiệt.

Suốt ba thập kỷ qua, ngành pin chủ yếu tối ưu ba yếu tố gồm mật độ năng lượng, độ an toàn và tuổi thọ chu kỳ. Khả năng chịu tải xung công suất cao liên tục chưa từng là ưu tiên chính. Điều đáng lo hơn là các giới hạn vật lý này tồn tại song song và kìm hãm lẫn nhau.

Muốn pin nhẹ hơn phải tăng mật độ năng lượng, nhưng điều đó có thể khiến độ bền suy giảm. Muốn pin chịu tải mạnh hơn lại có nguy cơ làm giảm tuổi thọ hoặc tăng trọng lượng. Trong khi đó, thuật toán tiết kiệm điện dù cải tiến đến đâu cũng khó vượt qua giới hạn mô-men xoắn cơ học mà robot cần để giữ thăng bằng.

Ngay cả các con số thời lượng pin được công bố hiện nay cũng chưa phản ánh đúng thực tế

Tesla Optimus được giới thiệu có thể hoạt động 8 giờ trong tải nhẹ hoặc 2-4 giờ khi di chuyển động. Figure F.03 đạt khoảng 5 giờ. Tuy nhiên trong môi trường công nghiệp thực tế, robot thường không thể sử dụng toàn bộ lượng pin này. IEEE Spectrum từng cho biết robot Digit của Agility Robotics dù có thời lượng pin danh nghĩa 90 phút nhưng thường phải quay về sạc chỉ sau khoảng 30 phút hoạt động để duy trì lượng pin dự phòng an toàn.

Điều này có nghĩa robot được quảng bá “5 giờ hoạt động” trên thực tế có thể chỉ làm việc hiệu quả khoảng 2-3 giờ. Ngoài thời lượng pin, tuổi thọ chu kỳ cũng là một cơn đau đầu khác.

Các hãng pin thường công bố tuổi thọ 800-1.500 chu kỳ sạc nhưng đây chủ yếu là số liệu trong điều kiện phòng thí nghiệm. Trong môi trường kho vận thực tế với sạc nhanh, xả sâu và nhiệt độ tăng cao, tuổi thọ thực tế có thể giảm còn 200-500 chu kỳ.

Một robot làm việc hai ca mỗi ngày có thể tiêu thụ khoảng 500 chu kỳ pin chỉ sau một năm. Điều đó đồng nghĩa bộ pin vốn được kỳ vọng dùng vài năm có thể phải thay chỉ sau vài tháng. Chi phí vận hành vì thế tăng rất mạnh.

Không chỉ là tiền mua pin mới, doanh nghiệp còn phải tính đến thời gian robot dừng hoạt động để thay pin, kiểm tra và hiệu chuẩn. Với quy mô hàng trăm robot trong nhà máy, tổn thất sản xuất mỗi năm có thể lên tới hàng nghìn giờ. Đây là lý do ngày càng nhiều công ty chuyển hướng sang các giải pháp “lách” giới hạn vật lý thay vì chờ đột phá hóa học pin.

Một hướng đi là thay pin siêu nhanh. UBTech với Walker S2 hay Boston Dynamics với Atlas mới đều phát triển khả năng robot tự thay pin mà không cần tắt máy. Trong cách tiếp cận này, pin được xem như vật tư tiêu hao thay vì linh kiện cố định.

Hướng đi còn lại là tích hợp pin sâu hơn vào cấu trúc robot nhằm tối ưu không gian và trọng lượng. Figure F.03 thậm chí biến pin thành một phần khung chịu lực của cơ thể nhằm tăng mật độ năng lượng.

Dẫu vậy, phần lớn chuyên gia vẫn cho rằng pin thể rắn mới là hy vọng lớn nhất trong dài hạn. Toyota, BYD hay QuantumScape đều đặt mục tiêu thương mại hóa công nghệ này trong giai đoạn 2027-2030.

Tuy nhiên, ngay cả khi pin thể rắn thành công trên ô tô điện, robot hình người vẫn có thể phải chờ lâu hơn do nhu cầu cell pin nhỏ gọn và khả năng chịu tải xung đặc biệt.

Báo cáo năm 2025 của Bain & Company đưa ra nhận định đáng chú ý: phần lớn robot hình người hiện nay chỉ có thể vận hành khoảng 2 giờ trong điều kiện tải thực tế. Để đạt mục tiêu làm việc trọn vẹn một ca 8 giờ mà không cần sạc hoặc thay pin, ngành công nghiệp này có thể vẫn cần thêm khoảng một thập kỷ nữa.