Sáng kiến đạt giải Nhất về bảo vệ môi trường

Rất khó để gặp được hai em Hiếu và Bình bởi các em dành nhiều thời gian cho việc học. Tranh thủ khoảng thời gian ra chơi ngắn ngủi, hai em chia sẻ với tôi về sáng kiến đã đạt giải Nhất tại Cuộc thi Sáng tạo thanh thiếu niên - nhi đồng tỉnh lần thứ 12 (năm học 2019 - 2020)

Nói đến ý tưởng, em Bình cho biết: Em và Hiếu có chung niềm đam mê với  robot. Trong  một lần chứng kiến cảnh xe rác thu gom nhiều loại rác khác nhau cùng lúc mà không có sự phân loại, từ đó tụi em nảy ra ý tưởng sáng chế ra robot có chức năng phân loại rác thải để phục vụ cho việc xử lý rác thải giúp tiết kiệm được thời gian và góp phần bảo vệ môi trường.

Sản phẩm là một thiết bị được xây dựng dựa trên việc ghi nhận hình ảnh từ camera, sau đó phân tích và ra lệnh cho cánh tay robot hoạt động. Robot có công suất làm việc cao hơn con người, thay thế con người làm một công việc nhàm chán lặp đi lặp lại và có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác.

Sau gần 5 tháng tìm hiểu kiến thức về robot qua sách, mạng internet, hai em quyết định sử dụng thiết bị chính để chế tạo như Arduino Uno, động cơ Servo, camera.

Sản phẩm đạt giải Nhất đã đem lại niềm vinh dự lớn cho nhà trường và gia đình các em. Ảnh: V.T

Khi lựa chọn được thiết bị, điều khiến hai em trăn trở đó là thiết kế robot hình gì và hoạt động như thế nào. “Ban đầu tụi em tưởng tượng hình dạng robot, sau đó vẽ ra giấy, cuối cùng hai đứa thống nhất thiết kế robot có bộ phận chính là cánh tay có cấu tạo giống cánh tay người và có khả năng hoạt động linh hoạt đạt 50%” - em Hiếu tâm sự.

Đối với cánh tay robot, bộ phận quan trọng nhất là bàn tay (đầu kẹp) - đây là bộ phận trực tiếp tiếp xúc với rác thải. “Để có thể tìm được khối lượng vật mà cánh tay robot có thể nâng được, tụi em phải trải qua 4 bài toán nhỏ khác nhau để giải quyết được một bài toán lớn. Với kích thước cánh tay robot như trên, robot có thể nâng cao được 25cm, gắp vật cách xa nhất là 14cm, lực nâng của robot là 133 gam, độ mở của kẹp 270 độ và tổng khối lượng của robot là 1kg” - em Hiếu cho hay.

Thấy tôi tỏ vẻ ngạc nhiên, em Bình giải thích: “Đây chỉ là mô hình thử nghiệm dùng để chạy thử phần mềm điều khiển. Nếu robot hoạt động ổn định và có kinh phí thì tụi em sẽ đặt hàng các linh kiện bằng kim loại và động cơ Servo mới để lắp ráp, đồng thời cải thiện độ thẩm mỹ cũng như khả năng nâng vật nặng”.

Sau khi hoàn thành thiết kế robot mô phỏng, hai em bắt đầu thực hiện các thí nghiệm để lắp đặt bộ phận nhận diện vật thể. Để làm được điều này, Hiếu và Bình đã nghiên cứu sử dụng thuật toán You only look once (YOLO), đây là thuật toán nổi tiếng về nhận diện vật thể chỉ quét qua khung ảnh 1 lần bằng việc kết hợp với ngôn ngữ Python và thư viện Opencv.

Em Hiếu chia sẻ: Sau khi áp dụng thuật toán vào bộ phận nhận diện vật thể, tụi em tiếp tục đau đầu với vị trí lắp đặt camera sao cho phù hợp. Bằng việc lắp đặt cánh tay robot và camera trên cùng 1 băng chuyền mini, sau đó kích hoạt thiết bị để thử nghiệm với các vật có khối lượng gần tương đương nhau như: Lon nước, chai nhựa và hộp sữa. Từ đó, tụi em thu được thời gian trung bình là 1,873 giây để robot có thể nhận diện được. Từ thời gian nhận diện trên, tụi em đã tìm ra khoảng cách lắp đặt camera cách robot trên cùng 1 băng chuyền là 62cm.

“Nhìn con robot bé vậy, chứ tụi em phải mất hơn 1 năm mới có thể hoàn thành đó anh. Trong quá trình thực hiện, có đôi lúc tụi em gặp khó khăn rồi tự động viên nhau tìm hướng để giải quyết. May mắn là tụi em luôn nhận được sự quan tâm lớn của nhà trường, từ việc hướng dẫn kỹ thuật đến hỗ trợ kinh phí. Lúc biết sản phẩm của mình đạt giải nhất, em đã rất vui” - em Bình chia sẻ.

Thầy Phan Đức - Hiệu trưởng Trường THPT Chuyên Nguyễn Tất Thành cho biết: Hai em Xuân Hiếu và Hương Bình là những học sinh tiêu biểu của trường. Sản phẩm của các em đoạt giải Nhất là niềm vinh dự cho nhà trường. Với giá thành sản phẩm rẻ, các thiết bị lắp ráp dễ tiếp cận, hy vọng trong thời gian tới, sản phẩm sẽ được thiết kế lớn hơn, mẫu mã đẹp hơn, ứng dụng rộng rãi trong đời sống.

Văn Tùng