Phát triển một trái tim robot nhân tạo

Theo PGS Đỗ Thanh Nhỏ (Đại học New South Wales (UNSW), Sydney (Australia), Giám đốc Phòng thí nghiệm Robot Y tế UNSW, việc tập trung vào các hệ thống phẫu thuật tiên tiến, robot mềm, cơ quan nhân tạo, vật liệu robot, khung xương ngoài và công nghệ xúc giác (haptic) đưa ra câu hỏi: “Chúng ta có thể tạo một trái tim con người ngoài cơ thể sống được không?”.

PGS Đỗ Thanh Nhỏ cho biết, trái tim con người có tuổi thọ khoảng 70 năm, bơm khoảng 200 triệu lít máu trong suốt cuộc đời. Nhưng trái tim cũng có nhiều căn bệnh khác nhau. Bệnh tim mạch được coi là nguyên nhân tử vong hàng đầu. Các bệnh lý tim mạch như bệnh hở van tim, suy tim và đột quỵ, luôn là những mối đe dọa tới sức khỏe, cướp đi hơn 20 triệu sinh mạng mỗi năm và chiếm gần 32% tổng số ca tử vong trên toàn cầu.

Tại Việt Nam, mỗi năm có khoảng 261 nghìn ca tử vong do các bệnh lý tim mạch, chiến gần 33% số ca tử vong do bệnh hiểm nghèo; 300 nghìn người đang sống chung với bệnh suy tim, con số này có thể tăng trong thập kỷ tới.

PGS Đỗ Thanh Nhỏ cùng trái tim nhân tạo do ông và nhóm nghiên cứu, phát triển. Ảnh: THANH TUYỀN

Dù hiện tại, các can thiệp phẫu thuật phức tạp bằng các thiết bị tim mạch đang đóng vai trò trung tâm trong việc điều trị những bệnh lý này, việc lựa chọn bệnh nhân vẫn thường dựa trên hình ảnh tĩnh, tiền sử y khoa hoặc mô phỏng - những phương pháp thiếu phản hồi động và cảm nhận xúc giác, dẫn đến việc đánh giá sai lệch, lập kế hoạch điều trị chưa tối ưu và nguy cơ biến chứng sau phẫu thuật. 

PGS Đỗ Thanh Nhỏ đã giới thiệu một “trái tim nhân tạo mềm có nhịp đập”, được thiết kế riêng cho từng bệnh nhân, có thể tái hiện chính xác chuyển động, áp suất và dòng máu của một trái tim thật. Trái tim này sẽ giúp bác sĩ tìm ra chính xác những bệnh nhân phù hợp, tiến hành những cuộc thử nghiệm thiết bị tim mạch mới, diễn tập các ca phẫu thuật phức tạp và xác định được rủi ro trước khi vào phòng mổ, từ đó nâng cao đáng kể độ an toàn và tỷ lệ thành công trong việc điều trị bệnh. Chi phí cho quá trình nghiên cứu khá hợp lý, do sử dụng phương thức in và mô phỏng 3D, vật liệu khá phổ biến, cùng một số thiết bị y tế đang được sử dụng rộng rãi.

Về những khó khăn trong quá trình nghiên cứu công trình khoa học này, PGS Đỗ Thanh Nhỏ cho biết, đôi khi hình ảnh thu nhận từ tim bệnh nhân không chuẩn tuyệt đối; đôi lúc khó nắm bắt được những mô hình hoạt động trong tim của bệnh nhân, kể cả khi đã dùng công nghệ tiên tiến như lập mô phỏng 3D. Điều này cho thấy, rất cần sự phối hợp trong nghiên cứu từ các ngành robotics, trí tuệ nhân tạo, y khoa, khoa học vật liệu cho nghiên cứu này.

Về tương lai, PGS Đỗ Thanh Nhỏ mong muốn mang đến niềm hy vọng mới trong thập kỷ tới đây cho các ca bệnh phải ghép tim: "Hiện nay, số lượng bệnh nhân chờ ghép tim là rất lớn, nhiều người không có cơ hội chờ được trái tim hiến tặng, phải đối mặt với nguy cơ tử vong. Giấc mơ của tôi trong ngắn hạn là có thể đưa ra mô hình tim robot mềm trong thử nghiệm lâm sàng thông minh hơn, tiến tới phát triển một trái tim robot nhân tạo cho từng bệnh nhân hoàn toàn bằng vật liệu mềm".

Nghiên cứu về trí tuệ vật lý mở ra thế hệ robot mới

Những nghiên cứu về trí tuệ vật lý mở ra thế hệ robot mới, nơi khả năng “suy nghĩ” và thích ứng không nằm trong bộ xử lý, mà được tích hợp ngay trong vật liệu và cấu trúc - một hình thức trí tuệ lấy cảm hứng từ tự nhiên, mang đến hướng đi mới bền vững và đến gần hơn với đời sống con người.

Giáo sư Ho - Young Kim giới thiệu mẫu robot thế hệ mới dựa trên "trí tuệ vật lý tự phát", tại tuần lễ Khoa học - Công nghệ VinFuture 2025. Ảnh: THANH TUYỀN

Câu chuyện từ quá trình quan sát thiên nhiên và những chú kiến nhỏ vận động theo đàn trong khu vườn nhà mình khi còn là cậu bé 5 tuổi, GS Ho-Young Kim (chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Đại học Quốc gia Seoul (Hàn Quốc) mang tới một mô hình hoàn toàn mới trong lĩnh vực robot học, trong đó vật chất là tác nhân đảm nhiệm vai trò tính toán chứ không phải các vi mạch silicon, khiến trí tuệ được thể hiện ngay trong hình thái và vật liệu của những con robot.

Loại “trí tuệ vật lý” mà GS Ho-Young Kim gọi là “Link-bots” vốn rất phổ biến trong tự nhiên, giống như việc đàn kiến có thể xây cầu và bè, thông qua những tương tác phối hợp giữa từng cá thể; ống mầm nấm xác định các lỗ khí khổng trên lá, nhờ được định hướng bởi những đường gờ hoặc gân lá; hay các tế bào bạch cầu tiêu diệt các tác nhân xâm nhập, dựa trên tính chất hóa học bề mặt. Tuy nhiên, cách tiếp cận này chỉ mới được thử nghiệm gần đây trong lĩnh vực robot học.

GS Ho - Young Kim đã giới thiệu các hệ thống nhân tạo được phát triển trong phòng thí nghiệm của mình - nơi mà những “hành vi thông minh” được hình thành hoàn toàn nhờ vào các tương tác vật lý giữa robot và môi trường xung quanh. Những minh chứng này cùng thể hiện một điều rằng, bằng cách định hình vật liệu, hình khối và bề mặt tương tác, chúng ta có thể để cơ thể tự “suy nghĩ”, mở ra những hướng tiếp cận bền vững và tiết kiệm cho các nhiệm vụ phức tạp - lĩnh vực mà những robot truyền thống phụ thuộc vào tính toán thường gặp khó khăn. Tự nhiên đã sản sinh ra những cách cực kỳ thông minh để chống lại những vấn đề nảy sinh. Link-bots và hệ thống vật liệu sinh trưởng giúp giải quyết nhiều vấn đề mà công nghệ robot truyền thống không giải quyết được.

Hai câu chuyện trên có hai hướng đi khác nhau, nhưng cùng hội tụ trong một thông điệp chung: "Khi khoa học được dẫn dắt bởi lòng nhân ái, mỗi phát minh đều trở thành nhịp cầu nối giữa tri thức, sự sống và tương lai của nhân loại".