Robot chuồn chuồn gián điệp được chế tạo từ thập niên 1970

Côn trùng gián điệp đầu tiên trên thế giới

“Insectothopter” là thiết bị bay do bộ phận nghiên cứu và phát triển Cục Tình báo Trung ương Mỹ (CIA) chế tạo nhằm thu thập thông tin tình báo hay gián điệp cỡ con bọ đại diện cho bước tiến lớn đầu tiên vào thế giới phức tạp của robot côn trùng. Insectothopter là thành tựu đáng kinh ngạc vào thời điểm khi bộ vi xử lý là một phát minh mới. Các tài liệu mới được công bố cho thấy mọi chi tiết nhỏ về cách CIA tạo ra một robot siêu nhỏ ấn tượng như vậy.

John Greenwald, người sáng lập trang web chống bí mật The Black Vault, đưa ra yêu cầu cung cấp tài liệu theo Đạo luật Tự do Thông tin (FOIA). Tháng 1-2020, Greenwald nhận được một chồng tài liệu mô tả chi tiết thiết kế và cấu tạo của chuồn chuồn - và câu chuyện kéo dài trở lại thời kỳ đỉnh cao của hoạt động gián điệp trong Chiến tranh Lạnh.

Hồi đó, nghe lén - hoặc nghe lén các cuộc trò chuyện bằng thiết bị điện tử - là một công cụ gián điệp mạnh mẽ và tương đối mới, nhưng một số nơi vẫn khó tiếp cận hơn những nơi khác. Vì vậy, CIA chuyển sang sử dụng thiết bị phản xạ ngược (retroreflector) - các hạt thủy tinh nhỏ phản xạ ánh sáng laser (trong trường hợp này là chùm tia laser) trở lại nguồn của nó. Chùm tia laser phản xạ này có thể bị ảnh hưởng bởi bất kỳ rung động nào cửa kính, làm thay đổi khoảng cách mà chùm tia truyền đi. Sau đó, CIA có thể phân tích chùm tia phản hồi và tạo lại các rung động đã làm nhiễu nó, về cơ bản là trích xuất âm thanh từ ánh sáng. Trên thực tế, các bộ phản xạ ngược này hoạt động như một micro từ xa để nghe trộm bất kỳ cuộc trò chuyện nào.

Năm 1970, CIA sử dụng một công nghệ tương tự để thu rung động từ kính cửa sổ. Thiết bị phản xạ ngược nhỏ được gắn lên một cửa sổ, trên một bức tường Đại sứ quán, hoặc bên cạnh ghế đá công viên phù hợp vào đúng thời điểm thích hợp trong khi cũng còn kín đáo. 

Trước đây CIA đã thử gắn micro cho một con mèo, nhưng dự án kết thúc trong thảm họa. Cơ quan này cần một cách tiếp cận khác. Đó là khi Don Resier, Phó trưởng Ban Nghiên cứu và Phát triển CIA, đưa ra một giải pháp thay thế. Thay vì gắn micro trên các loài động vật có vú thông thường, một con côn trùng robot có thể bay qua mà không bị chú ý.  

Resier giao cho Charles Adkins lãnh đạo dự án chế tạo thiết bị gọi là “Insectothopter”. Mục tiêu của Adkins là chế tạo một thiết bị có thể bay 200 mét và cung cấp 0,2 gam hạt phản xạ ngược mà không bị chú ý. Resier nghĩ rằng một con ong sẽ là một ứng cử viên sáng giá, nhưng cơ chế bay phức tạp của côn trùng sẽ không được hiểu đầy đủ cho đến nhiều thập niên sau vào năm 1999. 

Adkins thực sự cần có sự ổn định vì máy tính lúc đó quá lớn và quá chậm để xử lý các điều khiển phức tạp. May mắn thay, một trong những nhà khoa học CIA đồng nghiệp của Adkins là người đam mê chuồn chuồn và có một bộ sưu tập được bảo tồn.

Theo Adkins, nhà khoa học có tên trong các tài liệu của FOIA, nhận định khí động học của chuồn chuồn ổn định hơn nhiều. Ngoài khả năng cơ động đáng kinh ngạc, chuồn chuồn còn là loài bay lượn đặc biệt tốt so với các loài côn trùng khác, giúp chúng tiết kiệm năng lượng trên các chuyến bay dài. 

Cuộc trình diễn cách bay của chuồn chuồn đã thuyết phục được Adkins, nhưng nhóm nghiên cứu vẫn cần tìm ra cách tái tạo đôi cánh của một con chuồn chuồn, có thể đập 1.800 lần/ phút. Để giải quyết vấn đề, nhóm nhà khoa học CIA sử dụng bộ dao động chất lỏng cực nhỏ - một thiết bị không có bộ phận chuyển động mà hoàn toàn chạy bằng khí tạo ra bởi các tinh thể nitrat lithium. 

Khi loạt thử nghiệm ban đầu cho thấy nguyên mẫu không thể mang tải trọng 0,2g cần thiết, nhóm nhà thiết kế bổ sung lực đẩy bằng cách xả khí thải ra phía sau, giống như động cơ phản lực. Sau công việc nhanh chóng lấy cảm hứng từ chuồn chuồn, “máy bay do thám không người lái” đầu tiên chỉ nặng dưới 1g này sẵn sàng cho hành động bí mật. “Đôi mắt” lấp lánh của nó là những hạt phản xạ thủy tinh dùng để rình mò những mục tiêu mà không bị nghi ngờ.

Mặc dù CIA đã có robot bị lỗi, nhưng họ vẫn cần một cách để kiểm soát nó. Điều khiển vô tuyến là vấn đề vì bất kỳ trọng lượng tăng thêm nào cũng sẽ giết chết robot côn trùng nhỏ. Vì vậy, các nhà khoa học của CIA chuyển sang cùng một loại laser được sử dụng cho các bộ phản xạ. 

Đây là một đơn vị laser di động, được gọi là ROME, tạo ra chùm tia hồng ngoại vô hình. Ý tưởng là tia laser sẽ đốt nóng một dải kim loại, sau đó sẽ mở hoặc đóng ống xả của chuồn chuồn. Trong khi điều chỉnh hiệu quả “động cơ”, một tia laser khác - hoạt động giống như một loại bánh lái - sau đó sẽ điều khiển thiết bị bay do thám không người lái đến đích mong muốn của nó. 

Với động cơ bơm khí và hệ thống định vị dựa trên tia laser, máy bay côn trùng có thể bay chỉ trong 60 giây. Nhưng điều này là quá đủ để đưa chuồn chuồn - và trọng tải của nó - tới mục tiêu cách đó khoảng 200 mét. 

Do không có thiết bị hạ cánh, con chuồn chuồn có khả năng bị va chạm và khó đậu xuống. Adkins cho biết trong báo cáo cuối cùng năm 1974: “Tính khả thi của một thiết bị côn trùng bay có điều khiển với khả năng hoạt động hạn chế được nghiên cứu và tất cả các mục tiêu của chương trình cho đến thời điểm này đã đạt được thành quả ban đầu”.

Trong khi robot chuồn chuồn được chứng minh là một kỳ công đáng kinh ngạc của kỹ thuật tình báo (và hoạt động hoàn hảo trong các điều kiện thử nghiệm), những gì diễn ra trong phòng thí nghiệm hiếm khi giống với thực tế. Vấn đề lớn nhất với thiết kế của thiết bị côn trùng bay là người điều khiển phải giữ tia laser được đào tạo thủ công trên thiết bị trong suốt chuyến bay. Dễ dàng thực hiện trong đường hầm gió tĩnh, song trong điều kiện gió thổi mạnh không thể đoán trước.

Simon Walker, chuyên gia về cơ sinh học Đại học Leeds (Anh), bình luận: “Bay theo một đường thẳng trong không khí tĩnh không khó lắm. Nó hơi giống một chiếc máy bay giấy, đặc biệt nếu bạn tăng lực cho nó bằng một ít khí nén. Nếu bạn kiểm tra các đường gân trên cánh của một con chuồn chuồn, nó tạo thành một phần của cấu trúc vô cùng phức tạp, có thể biến dạng, uốn cong theo những cách cụ thể khi chịu áp lực và khả năng biến dạng đó thực sự quan trọng đối với khí động học. 

Về lý thuyết, thiết bị côn trùng bay vẫn có thể bay với tốc độ gió dưới 11,26km/giờ, nhưng sự thể hiện cuối cùng của chuyến bay được hỗ trợ điều khiển vẫn chưa đạt được. Mặc dù các cuộc thử nghiệm bay rất ấn tượng, việc kiểm soát trong bất kỳ loại gió nào là quá khó”.

 Chương trình có chi phí 140.000 USD (khoảng 2 triệu USD ngày nay), đó là “tiền lẻ” khi bạn xem xét hàng tỷ chi phí cho các vệ tinh do thám hiện đại. Nhưng không có nhiệm vụ nào của CIA yêu cầu sử dụng “điệp viên chuồn chuồn” mới của cơ quan, nên cuối cùng dự án đã bị bỏ xó.

Các hậu duệ của robot chuồn chuồn gián điệp

Trong hơn 50 năm qua, hiểu biết của chúng ta về chuyến bay của côn trùng - và các thiết bị điện tử cần thiết để tái tạo nó - đã tiến bộ vượt bậc, ngay cả khi tự nhiên vẫn có lợi thế hàng đầu. 

Walker nói: “Chúng tôi vẫn không thể chế tạo thứ gì đó hiệu quả như cánh của chú ong nghệ vẫn hoạt động tốt ngay cả khi nó bị hư hỏng”, Walker nói. Nhưng ông chỉ ra máy bay không người lái Skeeter, do Animal Dynamics phát triển, như một ví dụ điển hình về cách chúng ta hiểu hơn của cơ chế sinh học có thể tạo ra một thiết bị thừa kế thực sự cho robot côn trùng. 

Là một máy bay không người lái siêu nhỏ nhanh nhẹn, Skeeter cũng được lấy cảm hứng từ những con chuồn chuồn với 4 cánh vỗ. Theo công ty, trong khi “Insectothopter” không thể xử lý gió nhẹ, Skeeter có thể quản lý “điều kiện gió giật mạnh với khả năng chịu đựng và độ bền cao hơn so với các thiết bị tương đương 4 cánh quạt hiện có”.

Nhóm các nhà nghiên cứu của Đại học Delft cũng nghiên cứu nhiều loại chuồn chuồn robot kể từ năm 2005. Loại nhỏ nhất của chúng, Delfly Micro, chỉ nặng 3 gram và có sải cánh dài 10,16cm. Con robot này có thể bay trong 3 phút bằng pin và nhanh nhẹn hơn nhiều so với “tổ tiên” của nó. Nó cũng có thể chuyển tiếp hình ảnh từ máy quay video, điều mà các nhà thiết kế của CIA chỉ có thể mơ ước. Các dự án khác thậm chí còn kỳ lạ hơn so với ý tưởng ban đầu của CIA. 

Năm 2017, nhóm nhà nghiên cứu Phòng thí nghiệm Charles Stark Draper chế tạo ra một con chuồn chuồn cyborg. Đội ngũ nhà khoa học sửa đổi một con chuồn chuồn sống để nó có thể được điều khiển bằng điều khiển từ xa bằng cách sử dụng “tế bào thần kinh lái” được cấy vào mắt của nó. Trong khi tất cả những khái niệm này vượt xa những nỗ lực ban đầu của CIA, chúng cũng nhận được lợi ích quan trọng của nửa thế kỷ phát triển công nghệ.

Greenwald bình luận: “Ngày nay chúng ta nghe nói về máy bay không người lái nhiều lần. Nhưng, đây là một dạng thiết bị không người lái có từ thập niên 1970, với kích thước như một con côn trùng. Thập niên 1970! Chỉ cần nghĩ xem họ có thể đạt được những tiến bộ nào trong 50 năm”.