Ngả mũ 4 sáng chế ấn tượng của học sinh Việt Nam

Cánh tay robot cho người khuyết tật

Năm qua, sáng chế "Cánh tay robot cho người khuyết tật" của Phạm Đức Linh và Nguyễn Đức An (lớp 11A4, Trường THPT Hàn Thuyên, Bắc Ninh) là dự án duy nhất của học sinh Việt Nam giành giải chính thức ở cuộc thi Khoa học kỹ thuật quốc tế 2021.

Dự án giành giải Ba với 1.000 USD tiền thường được ban giám khảo đánh giá cao về ý tưởng, phương pháp điều khiển mới bằng chân cũng như tính nhân văn hướng đến. 

Đôi bạn cho hay, trước đây, có nhiều ý tưởng, mô hình và sản phẩm về cánh tay robot, như sử dụng sóng não, cơ bắp, giọng nói,... để điều khiển. Tuy nhiên, với những người liệt cơ tay toàn phần hay có phần mỏm tay còn lại ngắn, hầu như không thể sử dụng được các cánh tay robot trên thị trường. Thực tế đó đã thôi thúc đôi bạn có ý tưởng chế tạo cánh tay robot cho người khuyết tật liệt cơ tay hoàn toàn.

Vì thế, 2 học sinh nghĩ ra một phương pháp mới là sử dụng biên độ co duỗi của ngón chân để điều khiển cánh tay.

Nguyên lý của sản phẩm là có 2 hộp điều khiển, mỗi hộp được đeo vào phần cẳng chân và kết nối với một bộ phận cảm biển đặt bên trên ngón chân cái để thu tín hiệu độ bẻ cong. Khi người dùng co duỗi ngón chân, các tín hiệu độ cong sẽ được xử lí để truyền tín hiệu không dây điều khiển cánh tay robot. Cách làm này giúp cho người dùng thuận tiện hơn khi đi lại mà vẫn đảm bảo cánh tay thực hiện được tốt các thao tác cần nắm cơ bản cho người khuyết chi. Ngoài ra cánh tay còn giúp cho người sử dụng cảm nhận được tín hiệu lực trên đầu ngón tay bằng động cơ rung và còn tích hợp được tính năng xoay cổ tay, gập duỗi khuỷu tay vốn dĩ rất hiếm trên thị trường. 

Robot lặn sâu 50m dưới biển

Trần Viết Lân (lớp 12, Trường THPT Trần Phú, huyện Tuy An) đạt giải Nhì ở Cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh trung học với dự án chế tạo robot lặn ngầm hỗ trợ nghiên cứu địa chất thủy văn.

Ý tưởng nảy sinh khi Lân nhận thấy những hạn chế trong việc nghiên cứu mẫu vật dưới đáy biển. Với mong muốn giảm thiểu những rủi ro khi con người trực tiếp nghiên cứu dưới độ sâu nước biển thôi thúc Lân hiện thực hóa đề tài nghiên cứu robot ngầm.

“Robot ngầm có trọng lượng khoảng 20 kg, có thể lặn tới độ sâu 50m và tích hợp nhiều tính năng vượt trội. Đầu tiên là hỗ trợ thu thập dữ liệu hình ảnh, vẽ bản đồ 3D, dựng địa hình đáy biển bằng phương pháp quan trắc ảnh. Bên cạnh đó, robot nhận diện vật thể bằng AI và hoạt động vật thể bằng camera quang phổ; giám sát các thông số môi trường nước bằng hệ thống cảm biến. Cuối cùng phần cánh tay robot sáu bậc tự do giúp thu thập mẫu vật khi cần thiết đồng thời tích hợp bộ phận lấy chất lỏng phục vụ nghiên cứu”, Lân chia sẻ.

Hệ thống vận hành tự động theo lộ trình cài đặt sẵn các điểm trên bản đồ và quay về vị trí xuất phát. Người dùng giám sát robot, vận hành từ xa thông qua ứng dụng điện thoại hoặc máy tính. Toàn bộ động cơ, hệ thống vi mạch cùng các bộ phận phục vụ chế tạo, lắp ráp robot đều đặt từ nước ngoài với tổng giá trị 15 triệu đồng.

Lân chia sẻ khó khăn khi nghiên cứu robot ngầm như dưới môi trường nước, các linh kiện điện tử dễ bị hư hỏng. Vì vậy, Lân đã thay đổi các phương pháp lắp ráp khác nhau để khắc phục. Mỗi lần thất bại em lại nảy ra một sáng kiến khác tối ưu hơn.

“Ví dụ phần cơ chế lặn, em lựa chọn dùng động cơ lặn để ép tàu xuống thay vì cho bơm nước vào khoang cho tàu nặng và chìm xuống như thông thường. Phương án của em giúp giảm trọng lực tàu, tăng tính linh hoạt giúp người điều khiển dễ dàng tiếp cận các địa hình khó khăn khác nhau dưới biển”, Lân kể.

Trong tương lai, Lân mong muốn sản phẩm được gia công lại phần cứng để thích ứng với áp suất lớn của nước khi xuống biển; Tối ưu hóa cho robot nhỏ gọn về kích thước, thay truyền dẫn dây bằng hệ thống sóng không dây; Nâng cao tốc độ nhận diện, tạo bộ cơ sở dữ liệu mẫu vật và địa hình phục vụ lưu trữ, phân tích, nghiên cứu phát triển. Đặc biệt là phát triển thêm thuật toán để duy trì áp suất cho tàu hoạt động ổn định, tích hợp tính năng cảnh báo người dùng khi gặp sự cố bất thường. 

Giá chấm bài thi trắc nghiệm chỉ 100 nghìn đồng

Thấy thầy cô vất vả với khâu chụp ảnh bài thi để chấm trắc nghiệm, nhóm học sinh lớp 11A Trường THPT Lê Quý Đôn (huyện Thạch Hà, Hà Tĩnh) đã lên ý tưởng chế tạo Giá chấm trắc nghiệm bán tự động. Sản phẩm được các giáo viên đánh giá cao.

Chủ nhân của sáng chế giản đơn mà hữu ích này là Nguyễn Mậu Đức, Lê Huy Hoàng, Dương Việt Hoàng, Nguyễn Văn Dũng.

“Trước đây, các thầy cô thường tự làm hoặc nhờ chúng em hỗ trợ. Thường việc này để hiệu quả nhất phải cần đến 2 người, một người chuyên giữ máy chụp ảnh bài thi, người kia phụ trách khâu rút các bài lần lượt. Nếu một người làm, thì một tay chụp và tay kia rút bài thi thì sẽ lâu hơn và việc chấm có thể thiếu chính xác do chất lượng ảnh kém do rung tay”, Đức kể.

Sau khi suy nghĩ, cả nhóm đặt vấn đề và được giáo viên dạy Vật lý của lớp ủng hộ. Nguyên vật liệu chủ yếu là ống nhựa và gỗ.

Nguyên lý hoạt động của giá chấm này khá đơn giản khi các em tính toán và thiết kế giá có thể điều chỉnh làm sao camera của điện thoại chụp được trọn vẹn, cân đối bài thi. Khay đặt điện thoại cũng được thiết kế có thể mở rộng hoặc thu hẹp để vừa khít từng loại máy.

Nhóm học sinh cho hay, khâu khó khăn nhất là thiết kế làm sao để khung của giá chấm vừa chắc chắn để giữ được điện thoại, nhưng vẫn phải linh hoạt, mềm mại để các thầy cô dễ dàng trong việc điều chỉnh độ cao, hay độ rộng của khay đựng điện thoại.

“Giá này có thể điều chỉnh độ cao tùy vào độ rộng bao quát hình ảnh của camera nhiều loại điện thoại. Chúng em làm các khớp từ ống nhựa nước và có thể điều chỉnh trực tiếp bằng tay”, Đức cho hay.

Ưu điểm của giá chấm bài trắc nghiệm là cố định điện thoại nên trong quá trình chấm, bài kiểm tra được chụp ảnh rất rõ ràng, nhanh gọn, đạt tốc độ chấm 60 bài/phút, lỗi nút vàng gần như không có (nếu chấm bình thường điện thoại không được cố định, nhiều câu học sinh tô đáp án đúng nhưng máy không nhận được rõ đáp án nên báo lỗi nút vàng),...

Điều đặc biệt là sản phẩm dễ sử dụng, xoay được 360 độ, phù hợp với mọi loại điện thoại và có thể gấp lại gọn, dễ di chuyển.

Theo nhóm học sinh, kinh phí mỗi giá chấm dao động từ 100 đến 150 nghìn đồng.

Máy đo thân nhiệt "3 trong 1" 

Chứng kiến nhiều thầy cô ở Trường THCS Nguyễn Văn Cừ - nơi mình đang theo học phải đứng trước cổng trường để đo thân nhiệt, rửa tay sát khuẩn cho hàng trăm học sinh, Nguyễn Thành Tài (lớp 8A1) và em Nguyễn Điền Nam (lớp 9A4) đã nảy ra ý tưởng về một thiết bị tự động, vừa đo thân nhiệt và xịt tay sát khuẩn, thậm chí kiểm soát số lượng học sinh tới lớp hàng ngày.

Sau gần 4 tháng nghiên cứu, một thiết bị tự động thông minh đã được hoàn thành. Thiết bị này đo chính xác thân nhiệt của từng học sinh, tự động phun nước sát khuẩn khi học sinh đưa tay ra phía trước, đồng thời ghi nhận vân tay để nhà trường điểm danh số lượng học sinh đến lớp.

Thiết bị này hoạt động dựa vào hệ thống cảm biến nhiệt được tích hợp bên trong, nguồn điện được đấu nối trực tiếp vào lưới điện hoặc năng lượng được tích sẵn từ một tấm pin mặt trời đặt phía trên, phòng trường hợp không có điện sẵn.

Về nguyên tắc hoạt động, máy được gắn một cảm biến thân nhiệt cao hơn chiều cao trung bình của học sinh. Người sử dụng chỉ cần đứng cách thiết bị khoảng 20 – 30cm thì hệ thống cảm biến sẽ đo được nhiệt độ cơ thể, hiện thị trên màn hình Led gắn phía trước bảng điều khiển. Vì chiều cao của mỗi người khác nhau, một camera gắn phía trên máy sẽ ghi nhận hình ảnh và tự động nâng hạ mắt đo cảm biến nhiệt cho phù hợp. Cùng lúc này, ống dẫn nối từ bình đựng nước sát khuẩn ở bên trong thiết bị sẽ phun ra một lượng dung dịch vừa đủ để học sinh rửa tay khử khuẩn.

Bên cạnh đó, thiết bị còn tích hợp thêm bộ phận cảm biến vân tay trên máy.

Toàn bộ quy trình chỉ diễn ra chưa tới 5 giây. Đáng chú ý, tất cả dữ liệu về thân nhiệt cơ thể, vân tay ngoài việc thể hiện trên màn hình còn được truyền về máy chủ của nhà trường, giúp trường nắm được toàn bộ dữ liệu mà không tốn nhiều nhân lực, công sức.

Theo hai học sinh, chi phí để hoàn thiện thiết bị khoảng gần 8 triệu đồng.