Công nghệ phía sau drone trình diễn ánh sáng

[june04]

Máy bay không người lái được trang bị đèn LED với đường đi lập trình sẵn bằng phần mềm để tránh va chạm khi trình diễn trong đêm giao thừa Tết Giáp Thìn tại Hà Nội.

"Toàn bộ 2.024 drone được điều khiển tự động bằng máy tính. Bài trình diễn được lập trình từ trước, truyền tải vào từng thiết bị bay. Khi cất cánh, từng thiết bị cũng phối hợp với nhau để tạo nên màn trình diễn", ông Nguyễn Minh Thắng, đại diện đơn vị thực hiện lễ hội ánh sáng đêm giao thừa, cho biết.

Trình diễn ánh sáng bằng drone là hình thức tạo hình trên không trung, được thực hiện với hàng loạt máy bay không người lái có đèn LED. Loại hình này xuất phát từ công bố của nhà nghiên cứu Vijay Kumar năm 2012 về khả năng điều khiển drone đồng bộ với nhau. Ý tưởng sau đó được Intel đi đầu triển khai năm 2015, trước khi xuất hiện tại nhiều sự kiện lớn trên thế giới như Đại hội thể thao Olympic, Super Bowl.

Một buổi trình diễn ánh sáng bằng drone có thể cần nhiều tháng chuẩn bị cho khâu lên ý tưởng, lập trình, triển khai và kiểm thử.

Drone trình diễn ánh sáng có gì đặc biệt?

Với nhu cầu dân dụng, thiết bị bay không người lái phổ biến nhất trong lĩnh vực quay phim, chụp ảnh. Trong khi đó, drone trình diễn ánh sáng có phần khác biệt khi tập trung vào thành phần cơ bản gồm đèn LED, pin, hệ thống định vị vệ tinh như GPS, ăng-ten. Phần lớn đơn vị trình diễn hiện nay sử dụng drone bốn cánh.

Nhờ cấu tạo đơn giản, loại drone này thường có trọng lượng nhẹ. Ví dụ, mẫu máy chuyên trình diễn Shooting Star của Intel nặng 330g, chủ yếu làm từ nhựa và xốp. Theo Cyberdrone, đơn vị chuyên trình diễn ánh sáng tại UAE, một thiết bị bay quá nhẹ sẽ dễ bị ảnh hưởng bởi gió giật khi bay cao, nhưng nếu quá nặng, chúng sẽ mất nhiều thời gian cất cánh, hạ cánh và định vị, làm giảm tính năng động khi biểu diễn.

Ngoài thành phần chính là đèn LED có khả năng bật, tắt, đổi màu linh hoạt, các thành phần khác như GPS, ăng-ten, cảm biến sẽ giúp máy bay định vị chính xác, giảm nguy cơ va chạm trong quá trình hoạt động chung.

Ngoài ra, một yếu tố quan trọng là pin. Ryan Sigmon, nhà đồng sáng lập công ty trình diễn Firefly Drone Shows, cho biết: "Thời lượng pin là yếu tố chính quyết định độ dài buổi biểu diễn".

Tuy nhiên, dung lượng pin cũng tỷ lệ thuận với trọng lượng, nên nhà sản xuất sẽ phải cân bằng giữa các yếu tố để đảm bảo drone có thể bay đủ lâu và di chuyển linh hoạt. Hiện nay, phần lớn drone trình diễn ánh sáng có thời lượng pin 10-15 phút trừ đi thời gian cất cánh và hạ cánh.

Theo Celestial, số drone trong mỗi chương trình phụ thuộc vào độ phức tạp của nội dung, tuy nhiên thường cần tối thiểu 100-150 thiết bị. Trong đêm giao thừa tại Hà Nội, đơn vị tổ chức cho biết sẽ sử dụng 2.024 drone, là mức kỷ lục cho một màn trình diễn tại Đông Nam Á.

Drone được thiết lập thế nào?

Sau khi xác định được bối cảnh và ý tưởng kịch bản, nhà thiết kế và các kỹ sư sẽ xây dựng các phiên bản 3D cho hình ảnh dự kiến. Dù có thể điều khiển bằng tay, phần lớn màn trình diễn ánh sáng bằng máy bay không người lái đều được lập trình sẵn và diễn ra một cách tự động hoặc có điều khiển từ xa bởi một máy tính trung tâm.

Mỗi drone sẽ thực hiện nhiệm vụ bay riêng. Trước buổi biểu diễn, mỗi chiếc sẽ được nạp một chương trình về kế hoạch bay của chúng từ lúc cất cánh đến khi hạ cánh. Một số phần mềm chuyên nghiệp còn cho phép mô phỏng toàn bộ buổi trình diễn ảo trên máy tính, nhằm đánh giá nguy cơ có thể xảy ra trước khi thực hiện ngoài đời thực.

Theo Cyberdrone, đây là nhiệm vụ đặc biệt quan trọng, quyết định thành công của màn trình diễn. Khi đã bay, drone sẽ chạy tự động, nên cần hiệu chỉnh một cách chính xác nhằm giảm nguy cơ va chạm và bay đúng vị trí. Đơn vị này cho biết họ sử dụng phần mềm như Houdini, Blender hoặc Cinema 4D, sau đó phát triển một chương trình chứa các thông tin về tọa độ không gian, thời gian, màu sắc mà đèn LED sẽ hiển thị ở các khung thời gian khác nhau.

Ngoài ra, để một lượng lớn máy bay hoạt động cùng nhau, các công nghệ điều khiển "bầy đàn" như Swarm sẽ được ứng dụng để drone giao tiếp với nhau nhằm duy trì khoảng cách. Chúng sử dụng dữ liệu hệ thống định vị vệ tinh tích hợp nhằm ngăn chặn va chạm.

Tuy nhiên trong quá trình bay, hệ thống định vị không phải lúc nào cũng cung cấp dữ liệu vị trí một cách chính xác và nhanh chóng. Các đơn vị tổ chức sẽ ứng dụng công nghệ như RTK (Động học thời gian thực) từ trạm điều khiển dưới mặt đất, cập nhật dữ liệu theo thời gian thực để đảm bảo drone liên tục thực hiện nhiệm vụ mà không bị chệch hướng.

Dù chuẩn bị kỹ lưỡng, không phải buổi trình diễn drone nào cũng diễn ra thành công. Một đơn vị tổ chức tại Perth (Australia) từng thiệt hại 100 nghìn USD khi 50 thiết bị rơi không rõ nguyên nhân trong quá trình biểu diễn năm 2022. Tháng 8/2023, hàng trăm drone đồng loạt rơi khi trình diễn tại sở thú ở Quảng Đông (Trung Quốc). Tháng 7 năm ngoái, một chương trình tại Brisbane (Australia) cũng phải hủy khi có 350 trong số 500 thiết bị rơi xuống sông, khiến đơn vị tổ chức phải trục vớt để giảm nguy cơ ô nhiễm vì pin.