Cuộc cách mạng Robot hợp tác: Tương lai của nhà máy thông minh

(Dân trí) - Không còn là những cỗ máy khổng lồ bị nhốt trong lồng kính, một thế hệ robot mới đang bước vào các nhà máy với vai trò là "đồng nghiệp".

Robot hợp tác - Đòn bẩy mới cho hiệu suất sản xuất

Thế giới đang chứng kiến một cuộc cách mạng thầm lặng nhưng sâu sắc trong lĩnh vực sản xuất.

Không phải những robot (người máy) khổng lồ được nhốt trong lồng kính như trước kia, mà là những “đồng nghiệp” robot thông minh có thể làm việc cùng con người một cách an toàn và hiệu quả. Đây không còn là khoa học viễn tưởng, mà là hiện thực đang diễn ra ngay trước mắt chúng ta.

Theo báo cáo mới nhất từ McKinsey & Company, thị trường robot công nghiệp toàn cầu đã đạt mức kỷ lục 16,5 tỷ USD về giá trị lắp đặt mới, với hơn 4,28 triệu robot đang hoạt động trong các nhà máy trên khắp thế giới.

Con số này không chỉ phản ánh sự tăng trưởng mạnh mẽ của ngành, mà còn báo hiệu một thời đại mới trong đó robot không còn là giải pháp xa xỉ dành riêng cho các tập đoàn lớn.

Điều khác biệt lớn nhất của làn sóng robot hiện tại so với những thế hệ trước chính là khả năng “hợp tác” với con người.

Những robot “hợp tác” này được thiết kế để làm việc cùng công nhân, không thay thế hoàn toàn lao động con người mà hỗ trợ và nâng cao năng suất. Với các cảm biến tiên tiến và hệ thống điều khiển thông minh, chúng có thể nhận biết sự hiện diện của con người và điều chỉnh động tác phù hợp, đảm bảo an toàn tuyệt đối.

Thị trường robot hợp tác đang bùng nổ với tốc độ tăng trưởng ấn tượng. Từ 2,14 tỷ USD năm 2024, thị trường này dự kiến sẽ đạt 11,64 tỷ USD vào năm 2030, tương đương tỷ lệ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR - tỷ lệ tăng trưởng bình quân) lên tới 31,6%.

Con số này phản ánh nhu cầu ngày càng tăng của các doanh nghiệp về giải pháp tự động hóa linh hoạt và dễ triển khai.

Từ thí điểm đến quy mô thực tế

Một trong những thách thức lớn nhất mà các doanh nghiệp phải đối mặt không phải là việc triển khai robot thí điểm, mà là mở rộng quy mô ứng dụng.

Theo khảo sát của McKinsey, khoảng 40% các nhà điều hành cho biết rằng mặc dù các dự án thí điểm robot của họ rất thú vị và thu hút sự quan tâm lớn trong hoạt động sản xuất, nhưng giá trị kinh doanh thực tế còn chưa rõ ràng.

Thị trường robot hợp tác đang bùng nổ với tốc độ tăng trưởng ấn tượng (Ảnh: Genedge).

Điều này không có nghĩa là robot không mang lại hiệu quả, mà vấn đề nằm ở cách tiếp cận. Thay vì xem robot như một công cụ mua về sử dụng, các doanh nghiệp cần nghĩ đến việc xây dựng năng lực tự động hóa tổng thể. Đây là sự thay đổi tư duy quan trọng từ việc đầu tư thiết bị sang phát triển khả năng vận hành.

Ujjwal Kumar từ Teradyne Robotics chia sẻ: “Sự khác biệt lớn là tự động hóa truyền thống là giải pháp hoàn hảo được làm riêng cho một ứng dụng. Thế hệ robot tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) mới có những sản phẩm tiêu chuẩn phục vụ nhiều ứng dụng khác nhau. Bạn có thể triển khai cho nhiều ứng dụng thông qua phần mềm và một số khác biệt về công cụ đầu cuối”.

Điều này có nghĩa là thay vì cần 100.000 cấu hình khác nhau như công nghệ trước đây, Universal Robots hiện tại chỉ cần 6 cấu hình để phục vụ 100.000 lắp đặt robot hợp tác trên toàn thế giới.

Đây chính là chìa khóa để giảm mạnh tổng chi phí sở hữu của thế hệ tự động hóa mới.

AI - Linh hồn của thế hệ robot mới

Xu hướng tích hợp trí tuệ nhân tạo vào robot đang ngày càng mạnh mẽ. Bằng cách tận dụng các công nghệ AI đa dạng, robot có thể thực hiện nhiều loại công việc hiệu quả hơn.

Trí tuệ nhân tạo phân tích (Analytical AI) cho phép robot xử lý và phân tích lượng lớn dữ liệu được thu thập bởi các cảm biến của chúng. Điều này giúp quản lý tính biến đổi và không thể dự đoán trong môi trường bên ngoài, trong sản xuất đa dạng sản phẩm với số lượng ít (high mix/low-volume - đa dạng cao/khối lượng thấp) cũng như trong môi trường công cộng.

Robot được trang bị hệ thống thị giác máy tính (computer vision - thị giác nhân tạo), chẳng hạn, phân tích các nhiệm vụ trong quá khứ để xác định các mẫu và tối ưu hóa hoạt động của chúng để có độ chính xác và tốc độ cao hơn.

Hệ thống thị giác máy tính đóng vai trò quan trọng đối với robot sản xuất (Ảnh: New Ocean).

Các nhà sản xuất robot và chip gần đây đang đầu tư vào việc phát triển phần cứng và phần mềm chuyên dụng mô phỏng môi trường thực tế. Trí tuệ nhân tạo vật lý này cho phép robot tự đào tạo trong môi trường ảo và hoạt động dựa trên kinh nghiệm thay vì lập trình cứng nhắc.

Marc Theermann từ tập đoàn Boston Dynamics giải thích: “Tầm nhìn của chúng tôi là tạo ra những robot đa năng có thể đi đến bất kỳ nơi nào con người có thể đến, hiểu và thao tác hài hòa với môi trường xung quanh.

Và chỉ khi chúng có thể làm cả ba việc đó thì bạn mới thực sự có một robot đa năng. Trong 30 năm qua, chúng tôi đã làm việc trên phần "đi đến bất kỳ đâu", và chúng tôi đã trở nên khá giỏi điều đó. Bây giờ, robot của chúng tôi có thể đi gần như bất kỳ nơi nào con người có thể”.

Hai thách thức tiếp theo mà họ đang cố gắng giải quyết là thách thức hiểu biết ngữ nghĩa (semantic understanding - khả năng hiểu ý nghĩa) và thao tác (manipulation - khả năng điều khiển vật thể). Đó là nơi họ đang dành phần lớn thời gian.

Đây là những khối xây dựng cơ bản cho quy mô to lớn mà mọi người đang dự báo cho những loại robot này.

Công nghệ thay đổi cuộc chơi

Một trong những đột phá quan trọng khác trong lĩnh vực robot chính là công nghệ Song sinh Kỹ thuật số (Digital Twin).

Digital Twin là bản sao ảo của các hệ thống vật lý phản ánh các đối tác thực tế của chúng trong thời gian thực. Các mô hình này sử dụng dữ liệu từ cảm biến và máy móc để mô phỏng hành vi và hiệu suất của các thiết bị vật lý tương ứng.

Bằng cách cung cấp một đại diện kỹ thuật số chi tiết, Digital Twin cho phép giám sát, phân tích và tối ưu hóa liên tục các hệ thống mà chúng sao chép. Công nghệ này đặc biệt có ý nghĩa trong việc giảm thiểu rủi ro triển khai robot.

Như Ujjwal Kumar nhận xét: “Với Digital Twin, một số rủi ro mà bạn đang nói đến sẽ biến mất. Bây giờ bạn có thể triển khai một hệ thống tự động mới trong thế giới ảo, thử nghiệm, hoàn thiện và sau đó từ chính Digital Twin đó, bạn có thể tải xuống mã vào môi trường sản xuất".

Digital Twin là bản sao ảo của các hệ thống vật lý phản ánh các đối tác thực tế của chúng trong thời gian thực (Ảnh: Future).

Điều này cho phép các doanh nghiệp mô phỏng và tối ưu hóa các hệ thống sản xuất bằng Digital Twin trước khi đầu tư vốn thực tế. Các công ty có thể có kế hoạch kinh doanh hoàn vốn trong một đến ba năm và giảm thiểu rủi ro tích hợp với các hệ thống IT và OT hiện có, giúp việc áp dụng robot trở nên mượt mà hơn.

Một xu hướng đang phát triển trong robot sẽ tiếp tục phát triển trong năm nay và xa hơn nữa là sự phát triển của robot có khả năng thao tác và di động (Mobile Manipulator), thường được gọi là MoMa.

Những robot công nghiệp này là kết quả của việc kết hợp các nhiệm vụ được thực hiện bởi cánh tay robot, chẳng hạn như nắm, nâng hoặc di chuyển vật thể, với khả năng robot điều hướng qua không gian.

MoMa bao gồm một robot di động tự động (AMR - robot tự di chuyển) được tích hợp với cánh tay robot được trang bị công cụ phù hợp.

Robot thao tác di động có thể thực hiện các nhiệm vụ sản xuất được xác định trước trên thiết bị hoặc lấy các thành phần từ dây chuyền sản xuất hoặc kho. Sự linh hoạt này cho phép tự động hóa vận chuyển vật liệu đến bất kỳ vị trí nào, giới thiệu một mức độ hiệu quả mới trong quản lý sản xuất và kho bãi.

Khả năng di chuyển này không chỉ mở rộng phạm vi hoạt động của robot mà còn cho phép chúng thích ứng với các bố cục nhà máy thay đổi và đáp ứng nhu cầu sản xuất linh hoạt di chuyển. 

Thay vì bị cố định tại một vị trí, MoMa có thể được triển khai linh hoạt tùy theo nhu cầu công việc, tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và nâng cao hiệu quả tổng thể.

Một trong những rào cản lớn nhất đối với việc áp dụng robot đã luôn là chi phí đầu tư ban đầu cao, đặc biệt đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ (Ảnh: ITG Technology).

Một trong những rào cản lớn nhất đối với việc áp dụng robot đã luôn là chi phí đầu tư ban đầu cao, đặc biệt đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ.

Robot theo mô hình dịch vụ (RaaS - Robot-as-a-Service - Robot dưới dạng dịch vụ) đang thay đổi điều này bằng cách cho phép các công ty triển khai robot theo mô hình thuê bao hoặc cho thuê thay vì mua ngay.

Mô hình RaaS mang lại một số lợi thế bao gồm khả năng mở rộng, khả năng phục hồi và tính linh hoạt, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các nhiệm vụ tìm kiếm cứu hộ, giám sát môi trường, sản xuất, nông nghiệp và thăm dò không gian.

RaaS giúp các công ty mở rộng quy mô sản xuất địa phương mà không có rủi ro vốn lớn, thực sự “cho phép các nhà sản xuất sản xuất gần nhà có thể chuyển sản xuất về gần thị trường tiêu thụ mà không hy sinh hiệu quả chi phí”.

Thách thức và cơ hội phía trước

Mặc dù triển vọng tích cực, ngành robot vẫn đang phải đối mặt với những thách thức đáng kể. Một trong những rào cản lớn nhất là khoảng cách kỹ năng (skills gap - thiếu hụt kỹ năng) trong lực lượng lao động hiện tại.

Lực lượng lao động hiện tại thiếu chuyên môn để triển khai và quản lý robot tự động. Mặc dù điều này đã dẫn đến tình trạng thiếu hụt lao động, một cách để giải quyết vấn đề này là làm cho robot dễ tiếp cận hơn thông qua các chương trình giáo dục và đào tạo có mục tiêu để trang bị cho công nhân những kỹ năng phù hợp.

Tiến bộ công nghệ đã vượt xa các khung giáo dục và đào tạo hiện tại. Công nhân thường thấy mình không được chuẩn bị để xử lý các hệ thống robot hiện đại, từ lập trình đến bảo trì.

Sự bất cân xứng này làm chậm việc áp dụng tự động hóa và làm trầm trọng thêm tình trạng thiếu hụt lao động khi các công ty phải vật lộn để tìm nhân sự có trình độ.

Giải quyết vấn đề này đòi hỏi phải cập nhật chương trình giáo dục để bao gồm các công nghệ robot và tự động hóa tiên tiến.

Quan hệ đối tác trong ngành có thể cung cấp đào tạo thực hành và kinh nghiệm thực tế thông qua chương trình thực tập và học việc. Như Ani Kelkar từ McKinsey nhận xét: “Khi chúng ta khảo sát các nhà điều hành về các rào cản, 61% trong số họ báo cáo rằng một trong những rào cản chính là, ngay cả khi họ tìm thấy một kế hoạch kinh doanh tốt, họ chỉ đơn giản là không có năng lực nội bộ để thực hiện”.

Lực lượng lao động hiện tại thiếu chuyên môn để triển khai và quản lý robot tự động (Ảnh: Mecalux).

Để triển khai robot thành công, các doanh nghiệp cần thay đổi cách tiếp cận từ việc tập trung vào hiệu quả đơn thuần sang ưu tiên tính linh hoạt.

Ujjwal Kumar khuyên các nhà lãnh đạo cần suy nghĩ lại về tự động hóa qua lăng kính của tính linh hoạt, không chỉ hiệu quả. Các công cụ tự động hóa truyền thống được xây dựng cho môi trường sản xuất khối lượng cao, biến đổi thấp (high-volume, low-variability - sản lượng lớn, ít thay đổi). Nhưng thị trường ngày nay đòi hỏi sự nhanh nhẹn.

Tác động về xã hội và lao động

Một mối quan tâm thường gặp về robot là khả năng thay thế lao động con người. Tuy nhiên, thực tế cho thấy robot, đặc biệt là robot hợp tác, chủ yếu bổ sung cho lao động con người thay vì thay thế hoàn toàn.

Ani Kelkar nhấn mạnh: “Điều này không phải về việc thay thế con người. Đó là về việc làm cho công việc an toàn hơn, linh hoạt hơn và có ý nghĩa hơn; nó giúp giải phóng công nhân để tập trung vào các nhiệm vụ có giá trị cao hơn. Có rất nhiều nhiệm vụ lặp đi lặp lại không tận dụng đầy đủ kỹ năng lực lượng lao động của chúng ta".

Việc tự động hóa những nhiệm vụ này đồng thời đầu tư vào xây dựng năng lực giúp nâng cao lực lượng lao động và chuẩn bị cho tương lai của hoạt động

Thực tế, theo Deloitte Consulting, có thể xuất hiện 2 triệu việc làm mới trong khu vực sản xuất vào năm 2025. Điều này phản ánh xu hướng robot tạo ra nhiều việc làm mới hơn là loại bỏ, đặc biệt trong các lĩnh vực kỹ thuật, bảo trì, lập trình và vận hành hệ thống.

Thách thức về lực lượng lao động, bao gồm dân số già hóa và giảm sự quan tâm đến công việc nhà máy, đang thúc đẩy việc áp dụng robot.

Ví dụ, Hoa Kỳ đang thiếu 400.000 thợ hàn, trong khi châu Âu báo cáo hơn 200.000 vị trí trống trong ngành xây dựng năm 2020.

Robot giải quyết những khoảng trống này bằng cách thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại, đòi hỏi sức lực, khiến chúng trở thành tài sản có giá trị cho cả doanh nghiệp nhỏ và lớn.

Triển vọng công nghệ mới trong tương lai

Công nghệ robot đang tiến về phía những đột phá mới. AI tạo sinh (Generative AI) đang được tích hợp vào robot để tạo ra những hành vi thông minh và thích ứng hơn.

Các dự án này nhằm tạo ra “khoảnh khắc ChatGPT” cho Physical AI, khi robot có thể hiểu và tương tác với môi trường một cách tự nhiên như con người.

Công nghệ cảm biến tiên tiến đang làm cho robot nhạy bén hơn với môi trường xung quanh.

Cảm biến sinh học (bionic sensors - cảm biến mô phỏng sinh học) đang được phát triển để cung cấp khả năng cảm nhận tinh tế như da người. Những tiến bộ trong công nghệ gripper (cảm biến kẹp) sử dụng sinh học để đạt được sức kẹp cao với gần như không tiêu thụ năng lượng.

Robot bầy đàn (swarm robotics - robot hoạt động theo nhóm) đang mở ra khả năng triển khai nhiều robot nhỏ làm việc cùng nhau để hoàn thành các nhiệm vụ phức tạp.

Cách tiếp cận này mang lại một số lợi thế bao gồm khả năng mở rộng, khả năng phục hồi và tính linh hoạt, khiến robot bầy đàn trở thành lựa chọn lý tưởng cho các nhiệm vụ tìm kiếm cứu hộ, giám sát môi trường, sản xuất, nông nghiệp và thăm dò không gian.

Nguồn: https://dantri.com.vn/cong-nghe/cuoc-cach-mang-robot-hop-tac-tuong-lai-cua-nha-may-thong-minh-20250905101445097.htm