Học sinh làm cánh tay robot ứng dụng trí tuệ nhân tạo

Sản phẩm của Hùng, lớp 11, và Minh, lớp 12 trường THPT Phú Bài (Thừa Thiên Huế), đã được trao giải Nhì tại cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia năm học 2021-2022 hồi cuối tháng 3.

Hùng cho biết, công nghệ AI nhận dạng cử chỉ đã được tích hợp trong một số phần mềm mã nguồn mở và cho kết quả chính xác. Do đó, hai nam sinh nảy ra ý định ứng dụng để tạo cánh tay robot với mục đích có thể nâng vật nặng, làm việc ở các phòng thí nghiệm có nhiều hóa chất, vi khuẩn độc hại hoặc khu vực cháy nổ...

Cánh tay robot được điều khiển bằng phương pháp nhận dạng hình ảnh, cử chỉ tay người. "Công nghệ nhận dạng và xử lý ảnh đã có nhiều đột phá mới khi ứng dụng sâu các kỹ thuật AI, từ đó giúp cánh tay hoạt động linh hoạt và chính xác hơn", nhóm chia sẻ.

Thay vì dùng dây nối thông thường gây bất tiện khi di chuyển, nhóm sử dụng sóng vô tuyến để truyền dữ liệu tới cánh tay. Sau khi nhận dữ liệu, bộ phận mạch chính sẽ chuyển các dữ liệu thành các góc quay tương ứng cho các động cơ hoạt động. Trong phần ước tính tư thế cánh tay, nhóm sử dụng mô hình BlazePose do Google phát triển để tính tọa độ trong không gian 3D của 33 điểm mốc trên cơ thể.

Hùng cho biết, cánh tay robot đã kết nối thành công phần mềm nhận dạng cử chỉ thông qua bộ vi mạch điện tử. Nhóm cũng đã lập trình để truyền tín hiệu từ phần mềm nhận dạng đến cánh tay nhằm điều khiển cánh tay robot chuyển động theo cử chỉ của tay người. Phương thức này giúp robot dễ dàng di chuyển và thuận tiện trong các môi trường làm việc khác nhau.

Hơn sáu tháng từ ý tưởng đến sản phẩm thực tế, hai cậu học trò gặp không ít khó khăn. "Có những thứ tốt về mặt lý thuyết, nhưng lại gặp vấn đề thực thi. Có lúc động cơ liên tục bị cháy, phương pháp điều khiển cũng không hiệu quả. Trước khi ra phiên bản hoạt động trơn tru, cánh tay robot đã trải qua sáu phiên bản lỗi trước đó. Đôi khi việc nhận dạng cũng gặp khó khăn nếu không có điều kiện ánh sáng tốt", Hùng kể lại.

Tổng chi phí phát triển cánh tay robot là hơn 10 triệu đồng nên Minh và Hùng đã nhờ hỗ trợ từ gia đình và thầy cô. Ngoài ra, hai nam sinh cũng tìm việc làm thêm trên mạng để có tiền duy trì nghiên cứu. Cả hai phải tranh thủ mỗi khi có thời gian rảnh cho đề tài vì khối lượng việc nhiều, cũng như cân bằng giữa học tập và nghiên cứu.

Hùng chia sẻ mình may mắn được được bố mẹ cho tiếp xúc với máy tính từ khi còn nhỏ. Với tính tò mò, thích khám phá, từ năm lớp 8, em xin đi học lập trình. Sử dụng những kiến thức đã có để tạo ra một dự án thực tế, Hùng đem đi dự thi tại cuộc thi Khoa học kỹ thuật do nhà trường tổ chức vào năm lớp 9.

Theo Hùng, càng có nhiều ý tưởng hay, càng phải học thêm nhiều kiến thức mới về công nghệ để có thể biến ý tưởng thành sản phẩm thực tế. Vì vậy, dù mới học lớp 11, em đã có trong tay kiến thức về lập trình nhúng và lập trình web. Bên cạnh đó, cậu học trò còn tìm hiểu về xử lý ảnh thuật toán trích rút mẫu nhị phân cục bộ và cân bằng sắc tố thuật toán phân lớp.

Trước cánh tay robot, Hùng đã thực hiện thành công hai đề tài là xây dựng hệ thống quản lý số lượng hành khách trên xe bus và chế tạo hệ thống nhận dạng người nhiễm Covid-19 sử dụng thuật toán LBPH.

Ông Hoàng Minh, Hiệu trưởng trường THPT Phú Bài, giáo viên hướng dẫn đề tài, đánh giá cao tính sáng tạo và tinh thần đam mê nghiên cứu của nhóm khi đã biết kết hợp kết quả nghiên cứu, thiết kế trước đó và chương trình nhận dạng của Google để tạo cánh tay robot. Tuy nhiên, thách thức đặt ra cho nhóm là cải thiện các bảng mạch cũng như sử dụng cảm biến có độ chính xác cao hơn, từ đó sẽ cải thiện tốc độ xử lý và tính ổn định cho sản phẩm cánh tay robot.

Về kế hoạch mở rộng phát triển cho sản phẩm, hai nam sinh mong muốn thay khung nhựa sang hợp kim để cánh tay ứng dụng được trong nhiều môi trường khác nhau. Nhóm cũng sẽ chuyển đổi sử dụng các bảng mạch có tốc độ xử lý nhanh và chính xác hơn, thêm chức năng cho cánh tay để mở rộng phạm vi sử dụng. Cả hai cũng mong dự án có thêm kinh phí để hoàn thiện hơn và được đưa vào sử dụng thực tế.

Nguyễn Hạnh