Giải mã bài đọc: Insects and Inspired Artificial Robots IELTS Reading

Suốt hơn 2.000 năm qua, nhân loại luôn bị mê hoặc bởi việc tạo ra các thiết bị nhân tạo mô phỏng sinh vật sống. Bài đọc Insects and Inspired Artificial Robots dẫn dắt người học khám phá hành trình phát triển của ngành robot sinh học (biorobotics): từ những cỗ máy cơ khí thời Hy Lạp cổ đại, những chú “rùa” điện cơ thế kỷ 20, cho đến các thế hệ robot leo tường RiSE hay robot ruồi giấm hiện đại. Việc nghiên cứu cấu trúc bài đọc này giúp các bạn rèn luyện tư duy gạch chân từ khóa, đối soát từ đồng nghĩa và làm chủ ba dạng bài cốt lõi: Matching Headings, Matching Features (People), và Short-answer Questions.

Nội dung bài đọc (Reading Passage)

Paragraph A

The creation of artificial devices with life-like characteristics has been pursued for over 2,000 years, beginning, as did so many things in our modern world, in Ancient Greece. For example, among the inventions of Hero of Alexandria were a windmill-operated pipe organ and a mechanical theatrical play.

Paragraph B

With the rise of cybernetic approaches in the late 1940s and early 1950s, a wide variety of electromechanical machines designed to mimic biological processes and systems were constructed. Perhaps the best-known and most directly relevant to biorobotics is W. Gray Walters’ robotic “tortoises” Elsie and Elmer. Walters was a physiologist who made important early contributions to electroencephalography and clinical neurophysiology. His tortoises were small mobile robots covered by a hard shell. The robots were driven by steerable motorized wheels and possessed a headlight, a light sensor, and a touch sensor that responded when the shell was hit. Their behavior was controlled by electronic circuit analogues of neural circuits. The behavioral repertoire of the tortoises included exploration, phototropism (both positive and negative), and obstacle avoidance. The activation of these different behaviors in interaction with the robots’ environment could produce a variety of behavioral sequences. Although originally designed to explore Walters’ theories of brain function, the tortoises became objects of popular fascination, much like ancient automata.

Paragraph C

The seeds of the modern renaissance of biorobotics were sown from the mid-1980s to mid-1990s. A key event in this resurgence was Rodney Brooks’ work on behavior-based robots. Although not as directly based on biology as later work, Brooks argued that nontrivial and flexible behavior in a robot could be generated by the interaction between simple control machinery and its environment, demonstrating his point with robots accomplishing tasks such as insect-like walking. Another milestone was Raibert’s work on hopping and legged robots, which emphasized the central role of energetics in the dynamic balance and locomotion of animals. Based on studies of serpentine motion, Hirose developed a number of snake-like locomotors and manipulators. In the early 1990s, Beer, Quinn, Chiel & Ritzmann developed a series of hexapod robots based directly on cockroach and stick insect body morphology and neural control. Early biorobotic work on the sensory side includes Franceshini’s robotic compound eye, Webb’s robotic model of cricket phonotaxis, and Grasso et al.’s robotic model of lobster chemical orientation strategies. An early example of robots whose control was based on theories of human brain function is given by the work of Edelman et al.

Paragraph D

There has been an explosion of work in biorobotics in recent years, with robotic vocal tracts, jaws, retinas, expressive faces, hands, arms, legs, etc. deployed on robotic worms, snakes, ants, flies, crickets, cockroaches, walking stick insects, dinosaurs, bats, lobsters, tuna, pickerel, turkeys, apes, and humanoids. Thus, no brief survey could possibly do justice to the range of work being undertaken.

Paragraph E

A recent example of biologically-inspired robotics is Spenko et al.’s work on a hexapedal robotic climber called RiSE. To grip a vertical surface, this robot combines both bonding mechanisms inspired by the structure of gecko feet and interlocking mechanisms inspired by the structure of insect spines and claws. Additionally, its design follows principles common to many climbing animals:

• A sprawled posture keeps the body close to the surface to reduce the pitch-back moment.

• Front limbs pull inward, and rear limbs push outward to counteract the pitch-back moment.

• A long body reduces the pull-in force required of the front limbs.

• Lateral forces act inward toward the central axis of the body.

• Compliant legs, ankles, and toes help distribute contact forces.

Each of RiSE’s six legs has two degrees of freedom, and the robot also possesses a static tail that presses against the surface to reduce the pull-in forces required of the front legs. The robot uses a wave gait, where only one leg at a time is lifted from the surface. In addition to an open-loop gait generator, RiSE uses a variety of feedback controllers, including: Traction force control, Normal force control, and Gait regulation. RiSE also has a pawing behavior, allowing a foot that fails to grasp on initial contact to reestablish a grip on the climbing surface. Spenko et al. have demonstrated that RiSE can traverse a variety of horizontal and vertical surfaces, including climbing trees and brick or cinder block walls.

Paragraph F

A powerful example of biorobotic modeling is provided by the aerodynamics of insect flight. Traditional aerodynamic analyses, like those used for aircraft, work well for larger animals but fail to explain lift generation in small flying insects due to their tiny wingspans, slow flight speeds, and extremely fast wing movements. However, a recent biorobotic model by Dickinson and colleagues has shed light on insect flight aerodynamics. Due to the delicate size and high speed of insect wings, directly measuring forces is extremely difficult. To overcome this, a robotic model with a 60 cm wingspan was used, submerged in mineral oil to replicate the Reynolds number relevant to small insects. This model identified three major mechanisms for lift generation:

• Leading-edge vortices produce lift during most of the power stroke.

• Rapid wing rotation at the beginning and end of each stroke generates additional lift.

• Wake capture occurs when the wings collide with swirling air left by the previous stroke, producing further lift.

Due to the sensitivity of these mechanisms to wing rotation timing, the model suggests that precise wing motion control is key to steering flight.

Questions 1-6

Choose the most suitable headings for paragraphs A-F from the list below. Write the appropriate number (i-x) in boxes 1-6 on your answer sheet.

List of Headings:

i. A biorobotic model exploring insect flight
ii. Modern practices of artificial device usage
iii. Robotic climber better than gecko
iv. Insect flight inspires the applications of steering operation
v. Prosperity of biorobot family
vi. The revival of modern biorobotics
vii. Combine machines and environment
viii. The advent of robots and their effects on modern society
ix. The most famous biorobot in early days
x. Bionics device is not a modern conception

1. Paragraph A → _____

2. Paragraph B → _____

3. Paragraph C → _____

4. Paragraph D → _____

5. Paragraph E → _____

6. Paragraph F → _____

Questions 7-13

Match the people (A-E) with opinions or deeds (7-11)

7. _________ made contributions to neurophysiology.

8. _________ endowed robots with agility from machinery-environment fit.

9. _________ generated mechanical intelligence inspired by human brain function.

10. _________ modified mechanical models based on insect structure.

11. _________ found the mechanism of insect flight.

Choose words from the passage to answer questions 12-13 (NO MORE THAN THREE WORDS).

12.  What plays the most critical role in Raibert’s hopping and legged robots?

13. What allowed direct measurement of the lifting forces of the biorobotic model?

Dịch nghĩa bài đọc hoàn chỉnh

[Đoạn A] Việc tạo ra các thiết bị nhân tạo mang đặc tính giống như sinh vật sống đã được theo đuổi trong hơn 2.000 năm qua, bắt đầu từ Hy Lạp cổ đại giống như rất nhiều thứ khác trong thế giới hiện đại của chúng ta. Ví dụ, trong số những phát minh của Hero thành Alexandria có một cây đàn đại phong cầm vận hành bằng cối xay gió và một vở kịch sân khấu cơ học.

[Đoạn B] Với sự trỗi dậy của các phương pháp tiếp cận điều khiển học vào cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950, một loạt các máy móc điện cơ được thiết kế để mô phỏng các quy trình và hệ thống sinh học đã được chế tạo. Có lẽ thiết bị nổi tiếng nhất và liên quan trực tiếp nhất đến khoa học robot sinh học là các chú “rùa” robot Elsie và Elmer của W. Gray Walters. Walters là một nhà sinh lý học, người đã có những đóng góp sớm và quan trọng cho ngành điện não đồ và sinh lý học thần kinh lâm sàng. Những con rùa của ông là những robot di động nhỏ được bao bọc bởi một chiếc vỏ cứng. Các robot này được truyền động bằng các bánh xe cơ giới có thể định hướng, sở hữu một đèn pha, một cảm biến ánh sáng và một cảm biến va chạm phản hồi khi lớp vỏ bị tác động. Hành vi của chúng được kiểm soát bởi các mạch điện tử mô phỏng mạch thần kinh. Tập hợp hành vi của loài rùa này bao gồm khám phá, hướng quang (cả hướng quang dương và hướng quang âm) và né tránh chướng ngại vật. Sự kích hoạt các hành vi khác nhau này trong mối tương tác với môi trường của robot có thể tạo ra một chuỗi các chuỗi hành vi đa dạng. Mặc dù ban đầu được thiết kế để thử nghiệm các lý thuyết của Walters về chức năng não bộ, những con rùa này đã trở thành đối tượng thu hút sự say mê của đại chúng, giống như các cỗ máy tự động thời cổ đại.

[Đoạn C] Những hạt giống cho sự hồi sinh hiện đại của robot sinh học đã được gieo từ giữa những năm 1980 đến giữa những năm 1990. Một sự kiện then chốt trong sự trỗi dậy này là công trình của Rodney Brooks về robot dựa trên hành vi. Mặc dù không dựa trực tiếp vào sinh học như các công trình sau này, Brooks lập luận rằng hành vi linh hoạt và phức tạp ở robot có thể được tạo ra bởi sự tương tác giữa bộ máy điều khiển đơn giản và môi trường của nó, chứng minh quan điểm của mình bằng các robot hoàn thành các nhiệm vụ như bước đi giống côn trùng. Một cột mốc khác là công trình của Raibert về robot nhảy và robot có chân, nhấn mạnh vai trò trung tâm của động lực học năng lượng trong việc cân bằng động và sự di chuyển của động vật. Dựa trên các nghiên cứu về chuyển động uốn lượn như rắn, Hirose đã phát triển một số thiết bị di chuyển và thiết bị thao tác giống rắn. Vào đầu những năm 1990, Beer, Quinn, Chiel và Ritzmann đã phát triển một loạt robot sáu chân dựa trực tiếp trên hình thái cơ thể và sự kiểm soát thần kinh của gián và bọ que. Công trình robot sinh học thời kỳ đầu về mặt cảm giác bao gồm mắt hợp thành robot của Franceshini, mô hình robot về tính hướng thanh của dế của Webb, và mô hình robot về chiến lược định hướng hóa học của tôm hùm của Grasso và các cộng sự. Một ví dụ ban đầu về robot có sự điều khiển dựa trên các lý thuyết về chức năng não người được thể hiện qua công trình của Edelman và các cộng sự.

[Đoạn D] Đã có một sự bùng nổ các công trình nghiên cứu về robot sinh học trong những năm gần đây, với các cơ quan phát âm, hàm, võng mạc, khuôn mặt biểu cảm, bàn tay, cánh tay, chân robot, v.v., được triển khai trên các loài giun, rắn, kiến, ruồi, dế, gián, bọ que, khủng long, dơi, tôm hùm, cá ngừ, cá chó, gà tây, vượn và robot hình người. Do đó, không có một khảo sát ngắn gọn nào có thể phản ánh đầy đủ phạm vi của các công trình đang được thực hiện.

[Đoạn E] Một ví dụ gần đây về robot lấy cảm hứng từ sinh học là công trình của Spenko và các cộng sự trên một robot leo trèo sáu chân có tên là RiSE. Để bám chặt vào một bề mặt thẳng đứng, robot này kết hợp cả cơ chế liên kết bám dính lấy cảm hứng từ cấu trúc chân của tắc kè và cơ chế đan cài vào nhau lấy cảm hứng từ cấu trúc gai và móng vuốt của côn trùng. Ngoài ra, thiết kế của nó tuân theo các nguyên tắc chung của nhiều loài động vật leo trèo: tư thế sải rộng giúp cơ thể áp sát bề mặt để giảm mô-men lật ngửa; chi trước kéo vào trong và chi sau đẩy ra ngoài để triệt tiêu mô-men lật; thân dài giúp giảm lực kéo cần thiết của chi trước; các lực bên tác động hướng vào trong trục trung tâm của cơ thể; chân, cổ chân và ngón chân linh hoạt giúp phân bổ lực tiếp xúc. Mỗi chiếc trong số sáu chân của RiSE có hai mức độ tự do, và robot này cũng sở hữu một chiếc đuôi tĩnh ép vào bề mặt để giảm lực kéo yêu cầu ở các chân trước. Robot sử dụng dáng đi kiểu làn sóng, tức là tại một thời điểm chỉ có một chân được nhấc lên khỏi bề mặt. Bên cạnh bộ tạo dáng đi vòng hở, RiSE sử dụng một loạt bộ điều khiển phản hồi, bao gồm: kiểm soát lực kéo, kiểm soát lực vuông góc và điều hòa dáng đi. RiSE cũng có hành vi cào bới, cho phép một bàn chân không bám được trong lần tiếp xúc đầu tiên thiết lập lại độ bám trên bề mặt leo trèo. Spenko và các cộng sự đã chứng minh rằng RiSE có thể di chuyển qua nhiều bề mặt ngang và dọc khác nhau, bao gồm cả việc trèo cây và các bức tường bằng gạch hoặc khối xỉ.

[Đoạn F] Một ví dụ mạnh mẽ về mô hình mô phỏng robot sinh học được cung cấp bởi khí động học của côn trùng khi bay. Các phân tích khí động học truyền thống, như các phân tích dùng cho máy bay, hoạt động tốt đối với các động vật lớn hơn nhưng thất bại trong việc giải thích quá trình tạo lực nâng ở các côn trùng bay nhỏ do sải cánh siêu nhỏ, tốc độ bay chậm và chuyển động cánh cực kỳ nhanh của chúng. Tuy nhiên, một mô hình robot sinh học gần đây của Dickinson và các đồng nghiệp đã làm sáng tỏ khí động học chuyến bay của côn trùng. Do kích thước tinh tế và tốc độ cao của cánh côn trùng, việc đo trực tiếp các lực là vô cùng khó khăn. Để vượt qua điều này, một mô hình robot với sải cánh 60 cm đã được sử dụng, ngâm trong dầu khoáng để tái tạo số Reynolds liên quan đến các côn trùng nhỏ. Mô hình này đã xác định được ba cơ chế chính để tạo lực nâng: các xoáy khí ở rìa trước tạo ra lực nâng trong phần lớn hành trình tạo lực; sự xoay cánh nhanh chóng ở đầu và cuối mỗi hành trình tạo ra lực nâng bổ sung; sự bắt giữ luồng khí phía sau xảy ra khi cánh va chạm với luồng không khí xoáy do hành trình trước đó để lại, tạo ra lực nâng lớn hơn. Do sự nhạy cảm của các cơ chế này đối với thời điểm xoay cánh, mô hình gợi ý rằng việc kiểm soát chuyển động cánh chính xác là chìa khóa để điều hướng chuyến bay.

Tổng hợp từ vựng học thuật trong bài đọc

• Artificial devices (n): Thiết bị nhân tạo.

• Mimic / Emulate (v): Mô phỏng, bắt chước.

• Biorobotics (n): Khoa học robot sinh học.

• Renaissance / Resurgence (n): Sự hồi sinh, sự trỗi dậy mạnh mẽ.

• Locomotion (n): Sự di chuyển, sự vận động.

• Morphology (n): Hình thái học (cấu trúc cơ thể).

• Interlocking mechanisms (phrase): Cơ chế đan cài/khóa vào nhau.

• Aerodynamics (n): Khí động học.

• Vortices (n – số nhiều của Vortex): Các xoáy khí, lốc xoáy.

• Steering flight (phrase): Việc điều hướng/lái chuyến bay.

Đáp án bài đọc chi tiết

Questions 1-6: Matching Headings

1. Paragraph A: x – Bionics device is not a modern conception

Giải thích chi tiết: Câu đầu tiên của đoạn A khẳng định: “The creation of artificial devices with life-like characteristics has been pursued for over 2,000 years, beginning… in Ancient Greece.” (Việc chế tạo thiết bị có đặc tính sống đã được theo đuổi hơn 2.000 năm, bắt đầu từ Hy Lạp cổ đại). Điều này chứng minh trực tiếp rằng thiết bị mô phỏng sinh học (bionics device) không phải là một khái niệm mới thời hiện đại (not a modern conception).

2. Paragraph B: i x – The most famous biorobot in early days

Giải thích chi tiết: Đoạn B nói về giai đoạn cuối những năm 1940 và đầu 1950. Tác giả viết: “Perhaps the best-known and most directly relevant to biorobotics is W. Gray Walters’ robotic “tortoises” Elsie and Elmer.” (Có lẽ thiết bị nổi tiếng nhất… là các chú rùa robot). Cụm từ “the best-known” khớp hoàn toàn với “the most famous” (nổi tiếng nhất) trong tiêu đề ix.

3. Paragraph C: vi – The revival of modern biorobotics

Giải thích chi tiết: Câu đầu tiên của đoạn C chứa từ khóa cốt lõi: “The seeds of the modern renaissance of biorobotics were sown…” (Những hạt giống cho sự hồi sinh hiện đại của robot sinh học đã được gieo…). Từ “renaissance” đồng nghĩa với “revival” (sự hồi sinh/trỗi dậy).

4. Paragraph D: v – Prosperity of biorobot family

Giải thích chi tiết: Đoạn D mô tả một sự bùng nổ (“explosion of work in biorobotics”) và liệt kê hàng loạt các bộ phận robot được triển khai trên một danh sách dài các loài động vật từ giun, rắn, kiến, ruồi đến dơi, vượn và người máy. Sự đa dạng và số lượng lớn này đại diện cho sự “thịnh vượng/phát triển mạnh mẽ” (Prosperity) của gia đình robot sinh học.

5. Paragraph E: vii – Combine machines and environment

Giải thích chi tiết: Nhiều bạn dễ bị bẫy chọn tiêu đề iii (Robotic climber better than gecko) vì thấy từ “gecko” và “climber” xuất hiện ở đầu đoạn E. Tuy nhiên, bài viết không hề so sánh robot này “tốt hơn” (better than) tắc kè thật. Thay vào đó, đoạn văn phân tích sâu cách thiết kế của robot RiSE tương tác với môi trường thẳng đứng: tư thế sải rộng, lực chi trước, chi sau, chân linh hoạt giúp phân bổ lực tiếp xúc và sử dụng các bộ điều khiển phản hồi (feedback controllers) để bám và di chuyển trên các bề mặt thực tế (cây, tường gạch). Điều này minh họa cho sự kết hợp giữa máy móc và môi trường.

6. Paragraph F: i – A biorobotic model exploring insect flight

Giải thích chi tiết: Câu đầu đoạn F gạch rõ chủ đề: “…provided by the aerodynamics of insect flight.” Đoạn văn sau đó mô tả một mô hình robot sinh học cụ thể (“a recent biorobotic model by Dickinson and colleagues”) có sải cánh 60cm ngâm trong dầu khoáng để nghiên cứu và khám phá cách thức tạo lực nâng khi bay của côn trùng. Tiêu đề i hoàn toàn trùng khớp.

Questions 7-11: Matching Features (People)

Danh sách người cần đối soát:

• W. Gray Walters (Đoạn B)

• Rodney Brooks (Đoạn C)

• Raibert (Đoạn C)

• Beer, Quinn, Chiel & Ritzmann (Đoạn C)

• Edelman et al. (Đoạn C)

• Dickinson and colleagues (Đoạn F)

7. [W. Gray Walters] made contributions to neurophysiology.

Giải thích chi tiết: Trong đoạn B, khi giới thiệu về tác giả của những chú rùa robot, bài đọc viết rõ: “Walters was a physiologist who made important early contributions to electroencephalography and clinical neurophysiology.” (Walters là nhà sinh lý học đã có những đóng góp quan trọng cho sinh lý học thần kinh lâm sàng).

8. [Rodney Brooks] endowed robots with agility from machinery-environment fit.

Giải thích chi tiết: Đoạn C chỉ ra công trình của Rodney Brooks về robot dựa trên hành vi: “…Brooks argued that nontrivial and flexible behavior in a robot could be generated by the interaction between simple control machinery and its environment…” (Brooks lập luận rằng hành vi linh hoạt và phức tạp có thể được tạo ra bởi sự tương tác giữa bộ máy điều khiển đơn giản và môi trường của nó). Cụm “machinery-environment fit” chính là paraphrase của “interaction between… machinery and its environment”.

9. [Edelman et al.] generated mechanical intelligence inspired by human brain function.

Giải thích chi tiết: Ở cuối đoạn C, văn bản viết: “An early example of robots whose control was based on theories of human brain function is given by the work of Edelman et al.” (Một ví dụ sớm về robot có sự kiểm soát dựa trên các lý thuyết về chức năng não người được thể hiện qua công trình của Edelman và các cộng sự). “Mechanical intelligence” tương ứng với hệ thống điều khiển tự động của robot (“robots whose control…”).

10. [Beer, Quinn, Chiel & Ritzmann] modified mechanical models based on insect structure.

Giải thích chi tiết: Đoạn C đưa ra dẫn chứng: “…Beer, Quinn, Chiel & Ritzmann developed a series of hexapod robots based directly on cockroach and stick insect body morphology…” (Beer, Quinn, Chiel & Ritzmann phát triển loạt robot sáu chân dựa trực tiếp trên hình thái cơ thể của gián và bọ que). “Body morphology” (hình thái cơ thể) đồng nghĩa với “structure” (cấu trúc cơ thể côn trùng).

11. [Dickinson and colleagues] found the mechanism of insect flight.

Giải thích chi tiết: Đoạn F khẳng định: “However, a recent biorobotic model by Dickinson and colleagues has shed light on insect flight aerodynamics. This model identified three major mechanisms for lift generation…” (Mô hình của Dickinson và cộng sự đã làm sáng tỏ khí động học chuyến bay của côn trùng. Mô hình này đã xác định được ba cơ chế chính để tạo lực nâng).

Questions 12-13: Short-answer Questions

12. What plays the most critical role in Raibert’s hopping and legged robots?

Đáp án: energetics

Giải thích chi tiết: Bạn định vị từ khóa “Raibert” ở đoạn C: “Another milestone was Raibert’s work on hopping and legged robots, which emphasized the central role of energetics in the dynamic balance and locomotion of animals.” (Một cột mốc khác là công trình của Raibert… nhấn mạnh vai trò trung tâm của động lực học năng lượng). Từ khóa “most critical role” được paraphrase từ “central role”. Do đó, từ đơn cần điền là “energetics”.

13. What allowed direct measurement of the lifting forces of the biorobotic model?

Đáp án: a robotic model / robotic model

*Giải thích chi tiết: Đoạn F giải thích rằng do cánh côn trùng quá nhỏ và nhanh nên việc đo trực tiếp lực nâng vô cùng khó khăn. “To overcome this, a robotic model with a 60 cm wingspan was used…” (Để vượt qua điều này, một mô hình robot với sải cánh 60cm đã được sử dụng…). Chính mô hình robot phóng đại này đã cho phép các nhà khoa học thực hiện phép đo.

Bài đọc Insects and Inspired Artificial Robots đã minh chứng rằng những thiết kế tối ưu nhất của công nghệ hiện đại vốn được học hỏi từ chính cấu trúc và cơ chế vận hành của thế giới côn trùng. Đối với các sĩ tử, việc luyện tập một văn bản giàu thuật ngữ chuyên ngành và danh từ riêng như thế này là bài tập hoàn hảo để nâng cao tư duy phân tích và phản xạ xử lý thông tin dưới áp lực thời gian.

Đây là tài liệu học thuật do trung tâm ngoại ngữ ECE biên soạn, giúp học viên bóc tách bản chất các bẫy logic và xây dựng nền tảng vững chắc để bứt phá band điểm IELTS Reading mục tiêu. Chúc các bạn ôn tập hiệu quả!

Đoàn Nương

Tôi là Đoàn Nương - Giám đốc trung tâm ngoại ngữ ECE. Tôi hiện đang là giảng viên của khoa ngôn ngữ các nước nói tiếng Anh - Trường Đại Học Quốc Gia Hà Nội. Tôi đã có 19 năm kinh nghiệm giảng dạy IELTS và 15 năm là giảng viên Đại Học. Tôi mong muốn đưa ECE trở thành trung tâm ngoại ngữ cho tất cả mọi người, mang tới cho học viên môi trường học tập tiếng Anh chuyên nghiệp và hiệu quả.