Trong bối cảnh đô thị hóa diễn ra nhanh chóng và nhu cầu di chuyển của con người ngày càng tăng, các giải pháp giao thông truyền thống đang dần trở nên quá tải. Cùng với đó, các tiến bộ vượt bậc trong công nghệ, đặc biệt là trong lĩnh vực hàng không không người lái, đang mở ra một hướng đi hoàn toàn mới cho ngành vận tải đô thị.

Máy bay không người lái (UAV – Unmanned Aerial Vehicle) đang được kỳ vọng sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong hệ thống vận chuyển hàng không đô thị (UAM – Urban Air Mobility) của tương lai. Không chỉ dừng lại ở vai trò giám sát hay ứng dụng trong quân sự, UAV đang tiến tới đảm nhận các nhiệm vụ phức tạp như vận chuyển hành khách và hàng hóa trong không gian đô thị đông đúc.

1. Những tiến bộ công nghệ đột phá của máy bay không người lái

Sự phát triển mạnh mẽ của UAV trong vài năm gần đây phần lớn đến từ những đột phá công nghệ mang tính cách mạng. Bốn lĩnh vực cốt lõi dưới đây đã góp phần định hình tương lai của máy bay không người lái trong vận chuyển đô thị.

1.1 Tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) cho điều hướng tự động

AI đóng vai trò trung tâm trong việc nâng cao khả năng hoạt động tự chủ của UAV. Các hệ thống AI tiên tiến hiện nay cho phép UAV tự động điều hướng, tránh vật cản, nhận diện môi trường xung quanh và ra quyết định theo thời gian thực mà không cần sự can thiệp thường xuyên của con người.

Điều này không chỉ tăng hiệu suất vận hành mà còn đảm bảo an toàn cho các chuyến bay trong môi trường phức tạp như đô thị.

1.2 Cải tiến về năng lượng: Tuổi thọ pin và hiệu suất

Một trong những rào cản lớn nhất của UAV trước đây chính là thời gian bay hạn chế. Tuy nhiên, với việc ứng dụng công nghệ pin lithium-lưu huỳnh thế hệ mới, thời lượng hoạt động của UAV đã tăng lên tới 50%. Bên cạnh đó, các cải tiến trong hệ thống quản lý năng lượng cũng góp phần giảm thiểu mức tiêu hao, giúp UAV hoạt động bền bỉ hơn – điều tối quan trọng khi triển khai các mô hình vận tải hàng không trong thành phố.

1.3 Vật liệu nhẹ và thiết kế khí động học tiên tiến

Việc sử dụng các loại vật liệu composite siêu nhẹ nhưng bền chắc đã giúp UAV nâng cao đáng kể khả năng chịu tải. Thiết kế khí động học cũng được tối ưu để giảm lực cản không khí, cho phép UAV vận hành ổn định với tải trọng lớn hơn mà vẫn duy trì hiệu quả năng lượng.

Đây là yếu tố đặc biệt quan trọng trong ngành vận chuyển, nơi khả năng mang theo hàng hóa có giá trị thương mại cao là một tiêu chí then chốt.

1.4 Ứng dụng công nghệ cảm biến LiDAR

LiDAR (Light Detection and Ranging) đã và đang trở thành một trong những công nghệ không thể thiếu trong UAV hiện đại. Cảm biến LiDAR giúp UAV tạo ra bản đồ 3D chi tiết của môi trường xung quanh, hỗ trợ tránh chướng ngại vật và điều hướng chính xác trong không gian hạn chế như đô thị. Khi kết hợp với AI, LiDAR giúp UAV hoạt động như một thiết bị bay tự chủ có khả năng "nhìn thấy" và phân tích môi trường với độ chính xác cực cao.

2. Ứng dụng thực tiễn của UAV trong các lĩnh vực

Máy bay không người lái không chỉ được sử dụng trong giao thông đô thị mà còn đang chứng minh hiệu quả vượt trội ở nhiều lĩnh vực khác, từ quân sự đến nông nghiệp, bảo tồn môi trường và ứng phó khẩn cấp.

2.1 UAV trong lĩnh vực quân sự

Từ lâu, UAV đã đóng vai trò chiến lược trong quân sự. Với khả năng trinh sát, giám sát và tấn công chính xác, UAV hiện đại giúp giảm thiểu rủi ro cho nhân lực và nâng cao hiệu quả chiến đấu.

Các đội hình UAV hoạt động theo bầy đàn cũng đang được nghiên cứu để thực hiện các chiến dịch phức tạp hơn mà không cần sự hiện diện của phi công.

2.2 UAV trong nông nghiệp và công nghiệp

Trong nông nghiệp, UAV được ứng dụng để giám sát mùa vụ, phát hiện sâu bệnh, và hỗ trợ gieo trồng chính xác, giúp tiết kiệm chi phí và tăng năng suất.

Trong lĩnh vực xây dựng và công nghiệp, UAV giúp khảo sát công trình, kiểm tra kết cấu và hỗ trợ công tác quản lý tiến độ với độ chính xác cao.

2.3 UAV trong bảo tồn và giám sát môi trường

Các UAV được trang bị cảm biến hiện đại đang trở thành công cụ đắc lực trong việc theo dõi môi trường sống của động vật hoang dã, giám sát rừng, và đánh giá tác động của biến đổi khí hậu.

UAV còn giúp phát hiện các hoạt động săn bắt trái phép ở những khu vực xa xôi, nhờ khả năng tiếp cận và thu thập dữ liệu ở các vùng nguy hiểm.

2.4 UAV trong ứng phó thảm họa và cứu hộ khẩn cấp

Trong các thời điểm khủng hoảng như khi có thiên tai, UAV đã chứng minh được vai trò thiết yếu trong ứng phó khẩn cấp và quản lý thảm họa. UAV đang được triển khai cho các hoạt động tìm kiếm và cứu hộ, đánh giá thiệt hại và cung cấp vật tư y tế tại các khu vực bị thiên tai tàn phá.

Khả năng tiếp cận các vị trí không thể đánh giá được và cung cấp dữ liệu thời gian thực đã biến chúng trở thành một phương tiện quan trọng trong việc cứu sống người và giảm thiểu thiệt hại trong các thảm họa thiên nhiên hay do con người gây ra.

3. Vận chuyển hàng không đô thị: Tương lai đang đến gần

Từ những ứng dụng đa dạng trên, một xu hướng mới đang hình thành: sử dụng UAV như phương tiện giao thông cho con người và hàng hóa trong khu vực đô thị. Sự phát triển của vận chuyển hàng không đô thị bắt đầu từ những khái niệm về “ô tô bay” vào lúc máy bay xuất hiện rồi trải qua hơn 100 năm với những tiến bộ vượt bựt về máy bay trực thăng, máy bay cánh bằng cất hạ cánh thẳng đứng, máy bay điện, máy bay không người lái UAV cho đến hệ thống máy bay không người lái UAS, đến nay khái biệm hoạt động của vận chuyển hàng không đô thị UAM đã được xác định rõ ràng để trở thành hiện  thực trong tương lai gần.

3.1 Hệ thống máy bay không người lái (UAS)

Vận chuyển hàng không đô thị không chỉ cần UAV đơn lẻ, mà còn cần một hệ sinh thái đầy đủ gọi là UAS (Unmanned Aircraft System), gồm:

• UAV: máy bay không người lái thực hiện nhiệm vụ bay;
• GCS (Ground Control Station): trạm điều khiển mặt đất;
• UTM (Unmanned Aircraft System Traffic Management): hệ thống quản lý không lưu chuyên biệt cho UAV;
• Data Link: liên kết truyền thông để trao đổi dữ liệu giữa UAV và trạm điều khiển.

Sự tích hợp này cho phép điều phối nhiều máy bay cùng lúc trong môi trường đô thị đông đúc, đảm bảo an toàn và hiệu quả.

3.2 Xu hướng phát triển UAS

Ba xu hướng chính đang định hình sự phát triển của UAS:

• Tăng cường khả năng tự chủ nhờ AI, giảm thiểu sự can thiệp của con người;
• Phát triển công nghệ bầy đàn UAV cho các nhiệm vụ quy mô lớn;
• Hoàn thiện hành lang pháp lý, đặc biệt cho hoạt động bay ngoài tầm nhìn (BVLOS), tạo tiền đề cho các ứng dụng vận chuyển đô thị.

Những xu hướng này cho thấy sự chuyển dịch sang các hệ thống máy bay không người lái UAS thông minh hơn, có khả năng hơn và tích hợp hơn trên nhiều lĩnh vực khác nhau.

3.3 Khái niệm vận chuyển hàng không đô thị (UAM)

UAM (Urban Air Mobility) là khái niệm đề cập đến việc sử dụng máy bay nhỏ, tự động hóa cao (bao gồm UAV) để chở người hoặc hàng hóa trong môi trường đô thị và vùng ngoại ô. Được thiết kế để giảm thiểu ùn tắc và giảm khí thải, UAM hứa hẹn sẽ thay đổi hoàn toàn cách con người di chuyển trong thành phố.

Năm 2020, Văn phòng NextGen của Cục Hàng không Liên bang Hoa Kỳ (FAA) đã công bố khái niệm vận hành ban đầu cho UAM, với môi trường giao thông mới được gọi là xTM (Extensible Traffic Management) – bổ sung cho hệ thống điều phối truyền thống ATS, mở đường cho giao thông hàng không đô thị phát triển bền vững.

3.4 Yêu cầu về máy bay và hạ tầng

So với hàng không truyền thống, UAM hoạt động trong không phận hạn chế và phức tạp hơn nhiều vì có đặc điểm là các tòa nhà cao tầng và nhiều chướng ngại vật có thể cản trở hoạt động bay. Điều này đòi hỏi máy bay UAM phải có khả năng cất hạ cánh thẳng đứng nhanh chóng và phải được trang bị các cảm biến và hệ thống dẫn đường tiên tiến để điều hướng an toàn trong môi trường đô thị.

Các máy bay UAM phải có khả năng hoạt động mà không phát khí thải ô nhiễm để giúp cải thiện chất lượng không khí. Máy bay điện không ồn với nhiều chong chóng có khả năng cất hạ cánh thẳng đứng là loại lý tưởng để sử dụng trong môi trường đô thị. Bãi đáp cho vận chuyển hàng không đô thị cũng phải được tích hợp với các trạm vận chuyển mặt đất của xe bus và metro.

Vận chuyển hàng không đô thị bằng UAV đang chuyển từ ý tưởng viễn tưởng sang một giải pháp giao thông thực tế và khả thi. Nhờ những tiến bộ công nghệ đột phá, sự đa dạng ứng dụng và định hướng phát triển rõ ràng, UAV đang từng bước khẳng định vai trò trung tâm trong hệ sinh thái giao thông tương lai. Khi các rào cản về kỹ thuật, pháp lý và hạ tầng dần được tháo gỡ, chúng ta hoàn toàn có thể kỳ vọng vào một tương lai không xa – nơi “taxi bay” và vận chuyển hàng hóa bằng máy bay không người lái sẽ là một phần quen thuộc của cuộc sống đô thị hiện đại.

>> Xem ngay: Tổng quan và chi tiết về ngành Kỹ thuật Hàng không

Các bài viết liên quan:

TOP 4 lý do nên chọn học ngành Kỹ thuật Hàng không tại Văn Lang

Những xu hướng phát triển ngành Kỹ thuật Hàng không trong thời đại số

Sự khác biệt của ngành Kỹ thuật Hàng không so với các ngành kỹ thuật khác

Tin: PGS. TS. Nguyễn Thiện Tống - Khoa Kỹ thuật Cơ - Điện và Máy tính