Robot công nghiệp trước những thách thức mới

Robot công nghiệp trước những thách thức mới Mặc dù phải chịu rất nhiều ảnh hưởng từ suy thoái kinh tế và nhận thức văn hoá, nhưng robot vẫn là thành phần chủ chốt trong tự động hoá công nghiệp. Theo ước tính của Liên đoàn robot quốc tế (IRF), hiện nay trên thế giới có khoảng 50% số lượng robot được sử dụng tại châu Á (trong đó Nhật Bản chiếm 30%), 32% ở châu Âu, 16% ở Bắc Mỹ, 1% ở Australia và 1% ở châu Phi. Trong đó, robot được sử dụng trong các ngành chế tạo ôtô chiếm 33,2%, ngành unseecified chiếm 25%, ngành điện-điện tử 9,9%, ngành hoá chất + cao su + nhựa chiếm 9,4%, ngành chế tạo máy 4,3%, ngành điện tử viễn thông chiếm 2,5%, sản xuất metal chiếm 3,7%, ngành sản xuất gỗ 2,5%, và các ngành khác là 10,3%. Robot công nghiệp-thành phần chủ chốt để tự động hoá Tính linh hoạt trong vận hành; hoạt động tinh vi, nhanh và chuẩn xác; có khả năng thay thế con người làm việc trong môi trường độc hại và không an toàn là những yếu tố quyết định cho việc sử dụng robot trong sản xuất công nghiệp. Trên thế giới hiện nay, robot chuyên dụng và robot tự trị được sử dụng chủ yếu trong các ngành chế tạo ôtô, công nghiệp điện và điện tử, chế tạo máy và công nghiệp chế biến thực phẩm, sản xuất vật liệu xây dựng, luyện kim, chế tạo cơ khí, công nghiệp đóng tàu, an ninh quốc phòng và một vài lĩnh vực khác như thăm dò khai thác biển… Trong sản xuất vật liệu xây dựng, robot được sử dụng cho dây chuyền nghiền than tại các lò luyện cốc, một điển hình về môi trường độc hại, khói bụi và nhiệt độ cao, ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người. Trong dây chuyền sản xuất kính, robot bốc xếp thay thế công nhân ở công đoạn lấy và sắp xếp sản phẩm. Trong công đoạn đúc kim loại ở các nhà máy cơ khí và luyện kim, robot được sử dụng chủ yếu ở các khâu rót kim loại và tháo dỡ khuôn - những khâu nặng nhọc, dễ gây tai nạn. Trong công nghiệp đóng tàu, robot chiếm tỷ trọng lớn, có ý nghĩa quyết định đến năng suất và chất lượng sản phẩm trong công đoạn hàn và cắt vỏ tàu ở phần đuôi. Các robot tự trị nhận dạng vết hàn phục vụ cho việc tự động hoá một số công đoạn hàn trên boong và bên trong thân tàu thuỷ. Trong công đoạn sản xuất nhựa và phôi cho chai nhựa, các tay máy được sử dụng để lấy sản phẩm đang ở nhiệt độ cao trong khuôn ra ngoài, rút ngắn chu kỳ ép của máy ép nhựa. Trong ngành công nghiệp điện tử, robot sử dụng tay máy SCADA di chuyển các bộ phận vi điện tử từ khay và đặt chúng vào bo mạch in PCBs với độ chính xác tuyệt đối và tốc độ lắp đặt lên tới hàng trăm nghìn bộ phận trên một giờ. Còn trong vận chuyển hàng hoá, mobile robot (AGVs) sử dụng thị giác, máy quét 3D hoặc laser điều khiển quá trình vận chuyển hàng hoá quanh các cơ sở lớn như nhà kho, cảng container, hoặc bệnh viện bằng cách nhận dạng không gian, loại bỏ các lỗi tích lũy trong các quá trình xác định vị trí hiện hành AGV, điều hướng thời gian thực theo nhiều phương thức tránh chướng ngại vật, không thực hiện lặp đi lặp lại... Theo Hiệp hội robot quốc tế VFR, sở dĩ robot được nhiều nhà máy đưa vào sản xuất để hạ giá thành sản phẩm, tăng thu nhập cho người lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm và tự động hoá dây chuyền sản xuất, là do hiệu suất làm việc và độ ổn định lớn. Vì thế, trong những năm gần đây, mật độ robot phục vụ trong các ngành công nghiệp trên thế giới tương đối cao. Năm 2006, số robot công nghiệp phục vụ trong các lĩnh vực chỉ khoảng 950.000 đơn vị. Đến năm 2009, số robot này đã đạt khoảng 1.031.000 đơn vị. Trong đó, robot phục vụ trong các ngành công nghiệp tập trung nhiều nhất là Nhật Bản với số lượng lên tới 339.800 đơn vị. Đứng thứ hai là ở Mỹ với số lượng khoảng 172.800 đơn vị. Đứng thứ ba là Đức với số lượng khoảng 145.800 đơn vị và sau đó là các nước Hàn Quốc, Trung Quốc, Ý, các quốc gia Đông Nam Á và các nước khác. Thế nhưng, robot công nghiệp được ứng dụng trong ngành chế tạo ôtô đã không tăng như trước đây mà mà chúng đang tập trung số lượng ứng dụng vào các ngành điện tử, thực phẩm và đồ uống, và các ngành công nghiệp khác. Không ngừng cải tiến công nghệ Khi robot càng tinh vi và linh hoạt, thì chúng càng đòi hỏi các nhà khoa học phải nghiên cứu tỉ mỉ các vấn đề chi phối hoạt động của robot, để tìm ra giải pháp tối ưu cho các dây cruyền sản xuất. Do đó, thay vì tập trung nghiên cứu robot thuộc lĩnh vực cụ thể, giờ đây, các nhà nghiên cứu đã chú trọng hơn tới các phương thức chế tạo và sản xuất robot. Ngoài việc Microsoft triển khai hệ thống “Windows for robot” cho hệ điều hành ROS bằng Robotics Developer Studio đã có từ năm 2007, để tăng khả năng thiết lập chương trình, chuyển tiếp dữ liệu theo thuật toán cáo cấp, nhận dạng hình ảnh, cung cấp giải pháp chuyển hướng tay robot không phụ thuộc phần cứng liên quan, lấy dữ liệu về các thuộc tính như độ dài, cử động tay chân… Các nhà nghiên cứu cũng đang tập trung nghiên cứu những giải pháp tối ưu cho việc ứng dụng sợi nano silic vào robot. Trong đó: Ông Vernor Vinge-Đại diện cho các nhà khoa học nghiên cứu robot thế giới cho biết: “Công nghệ nano silic không chỉ thúc đẩy tiến trình phát triển của công nghệ robot hiện nay mà còn mang lại cho người sử dụng rất nhiều lợi ích trong lĩnh vực công nghiệp cũng như trong đời sống.” Nanorobot Nanorobots: là công nghệ chế tạo máy hoặc robot có khả năng rút ngắn khoảng cách hệ thống chia độ nanometer (10-9 meter). Hiện nay, công nghệ này được sử dụng chủ yếu trong việc sản xuất vòng bi, cảm biến, hệ thống động cơ và robot tham gia cuộc thi Nanobot Robocup. Các nhà nghiên cứu hy vọng, trong tương lai, công nghệ này sẽ giúp họ chế tạo ra những robot kích thước nhỏ có khả năng hoạt động trong phạm vi vi mô như phẫu thuật, làm sạch hệ thống… Giao diện robot Haptic: Ứng dụng chủ yếu trong việc thiết kế và chế tạo robot hỗ trợ phục hồi chức năng. Loại robot có khả năng giao tiếp với môi trường thực và ảo, mô phỏng các tính chất cơ học "ảo" của đối tượng, và hỗ trợ người sử dụng trải nghiệm cảm giác thông qua giao diện Haptic. Công nghiệp robot trước tác động xã hội Tuy nhiên, do những tác động lớn từ phía xã hội nên sau lần tăng trưởng mạnh trong nửa đầu năm 2008, doanh thu robot công nghiệp đã bị trì trệ ở mức khoảng 113.300 đơn vị. Trong năm 2008, với số lượng robot được bán ra giảm đáng kể ở châu Mỹ, trì trệ ở châu Âu và tăng ở châu Á, tổng doanh thu robot công nghiệp trên toàn thể giới chỉ đạt 6.200.000.000 USD. Tại châu Á, lượng robot được cung cấp cho các ngành công nghiệp khoảng 60.300 đơn vị, tăng 4% so với năm 2007. Châu Mỹ lượng robot được cung cấp khoảng 17.200 đơn vị, giảm 12% so với năm 2007. Còn tại châu Âu lượng robot được cung cấp trì trệ ở mức 35.100 đơn vị. Nguyên nhân chủ yếu dẫn tới tình trạng này là do: Swarm robot warm robot: Công nghệ chế tạo robot lấy cảm hứng từ các loài côn trùng như kiến và ong. Công nghệ này giúp các nhà nghiên cứu mô hình hóa hoạt động của robot thực hiện những nhiệm vụ có ích như tìm kiếm vật bị thất lạc, làm sạch hoặc làm gián điệp... Phần lớn những robot này đều tương đối đơn giản, nhưng những hệ thống hoạt động của chúng thường rất phức tạp. Toàn bộ các robot có thể coi là một trong những hệ thống phân phối duy nhất. Vì vậy, ngay khi những robot lớn hoạt động và huỷ nhiệm vụ thì Swarm robot vẫn vận hành giám sát và thực hiện nhiệm vụ robot lớn đã huỷ. Soft Robots: là công nghệ kết nối robot với các hệ thống và cơ cấu truyền động silicone dẻo. Công nghệ này có khả năng hỗ trợ robot quan sát, cảm nhận và điều khiển hệ thống thực hiện các thao tác kỹ thuật bằng logic mờ và mạng lưới thần kinh.* Các ngành công nghiệp ô tô không đầu tư tự động hoá để tối ưu hoá quy trình sản xuất như ngành công nghiệp nhựa và cao su, chế tạo máy, công nghiệp kim loại, thực phẩm và ngành công nghiệp điện tử mà tăng cường đầu tư vào các thị trường mới nổi để giành thị phần. Vì vậy, tại hầu hết quốc gia châu Á như Hàn Quốc, Trung Quốc, Ấn Độ và các nước Đông Nam Á đều tăng nguồn cung cấp robot cho các ngành công nghiệp lên đáng kể, đặc biệt là ngành công nghiệp điện-điện tử. * Cuộc khủng hoảng tài chính cuối năm 2008 đã ngăn xu hướng triển khai tự động hoá trên toàn thế giới. Hầu hết ngành công nghiệp của các quốc gia châu Mỹ và châu Âu đều bị ảnh hưởng mạnh bởi suy thoái kinh tế năm 2007 và sự sụp đổ tài chính mùa thu năm 2008. Trong đó, ngành công nghiệp ôtô, một ngành kinh tế mũi nhọn của Mỹ và Canada chịu thiệt hại nặng nề nhất. Vì thế, số lượng robot được ứng dụng trong các ngành công nghiệp như kim loại, máy móc công nghiệp, công nghiệp dược phẩm và mỹ phẩm, thực phẩm và nước giải khát công nghiệp và ngành công nghiệp điện tử ngành công nghiệp ô tô, cao su và nhựa công nghiệp… đều giảm. Đến năm 2009, hậu quả suy giảm kinh tế vẫn tiếp tục ảnh hưởng đến ngành công nghiệp robot, khiến doanh thu robot trên thế giới sụt giảm khoảng 40%. Trong đó, châu Á và châu Mỹ giảm 40%, châu Âu giảm 36%. Các chuyên gia kinh tế cho biết, sở dĩ doanh thu robot châu Âu không bị giảm mạnh như ở châu Á và châu Mỹ vì các ngành thực phẩm và nước giải khát, ngành dược phẩm, công nghiệp điện quang và ngành ngành công nghiệp kim loại không bị ảnh hưởng khủng hoảng kinh tế nặng nề như ngành công nghiệp ôtô. Trong số 10 quốc gia dẫn đầu về lĩnh vực ứng dụng robot là Nhật Bản, Mỹ, Singapore, Hàn Quốc, Đức, Ý, Thụy Điển, Phần Lan, Bỉ và Tây Ban Nha, thì Nhật Bản và Mỹ là hai quốc gia có sự khủng hoảng công nghiệp robot rõ nét nhất. Tại Nhật Bản sản lượng công nghiệp đã sụt giảm tới 40% so với cùng kỳ năm ngoái, hàng trăm nghìn con robot bị “hắt hủi”, thất nghiệp hàng năm nay. Vì thế, những công ty chuyên sản xuất robot lớn như nhà máy Yaskawa Electric nằm trên hòn đảo Kyushu, phía Nam Nhật Bản, từng được biết đến là nhà cung cấp robot công nghiệp hàng đầu của nước này, những con robot chuyên làm công việc lắp ráp tạo ra những chú robot khác, những công nhân với thân hình bằng sắt thép vốn cần mẫn lao động từ xưa, nay đang phải ngồi chơi xơi nước chờ đơn đặt hàng mới. Ông Koji Toshima, chủ tịch Yaskawa, hãng chế tạo robot công nghiệp lớn nhất Nhật Bản than thở: “Suy thoái kinh tế đã đẩy lùi ngành công nghiệp robot nhiều năm. Chúng tôi đang chịu ảnh hưởng nặng nề. Lợi nhuận của công ty đã giảm 2/3, chỉ còn 6,9 tỷ yên (72 triệu USD) tính đến hết năm tài khoá 2008 kết thúc ngày 20/3/2009. Thời gian tới, chúng tôi sẽ phải cắt giảm các khoản đầu tư vào robot, để bảo vệ các nhân công của mình.” Còn tại Mỹ, ngành công nghiệp robot cũng tỏ ra bế tắc không kém. Tổng doanh thu robot năm 2009 giảm tới 47%. Một số hãng sản xuất robot như hãng sản xuất robot Ugobe ở Idaho Mỹ và nhà sản xuất robot Pleo không thể cầm cự được qua cơn khủng hoảng kinh tế đã nộp đơn xin phá sản vào tháng 4/2009. Dù đã bán được 100.000 con robot và thu lãi trên 20.000.000 USD, nhưng họ vẫn mắc nợ hàng triệu USD và không thể tìm được nguồn tài chính mới. Vì thế, vượt qua thời kỳ khủng hoảng này không phải là việc làm đơn giản cho các nhà sản xuất robot.” Tuy nhiên, theo dự báo của Hiệp hội robot quốc tế VFR, sự sụt giảm doanh thu robot 2009 chính là dấu hiệu khởi đầu khả năng phục hồi của ngành công nghiệp robot. Thị trường robot sẽ “nhộn nhịp” trở lại vào khoảng giữa năm 2010 đến năm 2012 với mức tăng khoảng 15% mỗi năm. Nhưng do sự phục hồi kinh tế trên toàn thế giới diễn biến chậm, nên ngành công nghiệp robot sẽ phải mất nhiều năm mới có thể đạt được mức thành công của năm 2005, 2007 và nửa đầu năm 2008. Vì thế, hoạt động cổ phiếu của thị trường robot truyền thống cũng sẽ bị trì trệ hoặc giảm trong những năm tới. Reconfigurable Robots Reconfigurable Robots: là công nghệ chế tạo có khả năng thay đổi hình thức vật lý robot phù hợp với nhiệm vụ cụ thể trong khoảng không gian ngăn cách phức tạp bằng số lượng khối hình nhỏ. Nhờ đó, robot có thể di chuyển tới vị trí kế tiếp dựa trên thuật toán được thiết kế. Bên cạnh sức ép khủng hoảng kinh tế, ngành công nghiệp robot còn phải đối mặt với nhận thức xã hội. Nhiều quốc gia Tây Âu hiện nay đang lo sợ rằng, tiến trình phát triển công nghệ robot sẽ khiến bộ não robot tồn tại được tới năm 2019 và đột phá trí thông minh nhân tạo vào năm 2050. Khi đó, robot sẽ gây nguy hiểm cho con người. Chính vì lẽ đó, năm nay các nhà khoa học đã đưa vấn đề này ra thảo luận tại hội thảo có tên là Singularitarianism. Với nội dung xuyên suốt hội thảo tập trung chủ yếu vào những hiểm hoạ tiềm năng từ một số loại robot bán tự động có khả năng tìm nguồn năng lượng riêng và độc lập chọn mục tiêu tấn công; một số loại vi rút máy tính có khả năng xâm nhập và thực hiện nhiệm vụ tình báo; những robot tự trị đa năng sử dụng nhiên liệu sinh học và chất hữu cơ nó tìm thấy trong môi trường.., các chuyên gia đã đề nghị xây dựng tính “thân thiện AI” cho các loại robot này bằng cách quy định giới hạn trang bị hệ thống an toàn và tích hợp tính năng nhân tạo cho robot. Mối lo ngại này được lắng xuống khi Hiệp hội Association for the Advacemen of Artificial Intelligence thông qua đề xuất này. Mặc dù phải đối mặt với khó khăn trước mắt, nhưng theo nhiều chuyên gia, đây là kỷ nguyên mở cửa cho robot và con người cùng tồn tại. Vì vậy, đầu tư vào robot là một việc làm đáng giá trong chiến lược dài hạn. Fuji Heavy Industry cho biết đã tiết kiệm được khoảng 6 triệu Yên trong vòng 3 năm qua do sử dụng robot làm công việc vệ sinh. “Robot có thể làm việc cả ngày lẫn đêm mà không biết phàn nàn. Bạn cũng có thể tiết kiệm điện thắp sáng và lò sưởi do robot không cần đến chúng”, ông Kenta Matsumoto, người phát ngôn của Fuji nói. Khi quá trình toàn cầu hoá đang tăng tốc, ngành robot ngày càng có vai trò sống còn để đảm bảo cho ngành công nghiệp và các nhiệm vụ sản xuất, robot là yếu tố then chốt, đem tới cho các nhà sản xuất cơ hội tiếp tục sản xuất. Hiện nay và hơn bao giờ hết, nhu cầu duy trì cạnh tranh là động lực quyết định đầu tư cho ngành robot.