Sáng chế ống hút làm từ gạo

Dự án sáng chế ống hút gạo của Nguyễn Trang Ngân và Nguyễn Thu Hà, học sinh lớp 12, trường THPT Nhân Chính, Hà Nội đã được trưng bày, giới thiệu tại cuộc thi “Sáng tạo Tương lai xanh - Future Blue Innovation 2021”.

Ống hút gạo có thành phần chính là tinh bột gạo (chiếm 80%) cùng một số loại bột thực vật khác. Về màu sắc, ống hút dùng nguyên liệu từ lá cây, rau củ quả để tạo màu. Toàn bộ nguyên liệu luôn được kiểm soát, đảm bảo nguyên tắc an toàn, không chứa dư lượng kim loại nặng, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc kích thích.

Với thành phần 100% tự nhiên nên thời gian phân hủy của ống chỉ trong chưa đầy một tháng. Ngoài ra, ưu điểm vượt trội của ống hút gạo là có thể tái sử dụng thành thức ăn cho gia súc, làm phân bón. Sản phẩm cũng không làm ảnh hưởng đến hương vị của các món đồ uống.

Ống hút gạo có hạn sử dụng 18 tháng kể từ ngày sản xuất với cách bảo quản không quá phức tạp. Tuy không cứng như ống hút nhựa, sau khoảng 30 phút cắm vào nước sẽ bị mềm ra nhưng ống vẫn giữ được cấu trúc để sử dụng. Chúng chỉ tan ra nếu bị ngâm nước 6 - 7 tiếng.

Sáng kiến Robot phân loại rác bằng thị giác máy tính và trí tuệ nhân tạo

Chủ nhân của sáng kiến này là em Nguyễn Xuân Hiếu (học sinh lớp 12 chuyên Tin) và Phan Thị Hương Bình (học sinh lớp 12 chuyên Toán), Trường THPT Chuyên Nguyễn Tất Thành (thành phố Kon Tum).

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.

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.

“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”, Hiếu cho biết thêm.

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.

Sáng kiến “Robot dọn rác trên mặt nước”

Chủ nhân của sáng kiến trên là hai em Nguyễn Minh Nhật và em Nguyễn Hoàng Sang (học sinh lớp 9C, Trường THCS Nguyễn Thị Minh Khai, thị trấn Plei Kần, huyện Ngọc Hồi).

Nguyễn Hoàng Sang cho biết: Vì đây là robot hoạt động trên mặt nước, nên cần thiết kế cẩn thận, để khi đi vào hoạt động, động cơ robot không bị tiếp xúc với nước và độ thăng bằng của robot phải chính xác tuyệt đối để không bị nghiêng trong quá trình di chuyển.

Robot hoạt động nhờ nguồn điện từ tấm pin năng lượng mặt trời (dài 35cm, rộng 25cm, công suất 35W), 1 pin dự phòng 12v, bình tích điện 12v, được tận dụng từ các vật liệu của đồ chơi cũ như động cơ điều khiển của ô tô, máy bay và các vật liệu khác như dây điện, mạch dẫn, mạch điều khiển, trục quay, xốp, ốc vít, dây thép…

Khung robot được làm bằng các sợi dây thép tạo thành hình con thuyền dài 98cm, rộng 26cm; hai bên thân gắn hai cánh dài 30cm, được trang bị túi lưới, miệng túi hướng về phía trước, có chức năng dọn rác; giữa thân robot được thiết kế 1 khung hình hộp chữ nhật để làm giá đỡ tấm pin năng lượng mặt trời; phần đáy được gắn các mảnh xốp vào khung, dán keo nến kĩ càng để nước không lọt vào khoang thuyền.

Sản phẩm hoạt động như con thuyền nổi trên mặt nước với hai động cơ riêng, một động cơ gắn với trục và bánh lái, động cơ còn lại gắn với trục và chân vịt. Cả hai động cơ được đặt trong khoang robot, trong khoang có gắn thêm hệ thống bơm nước làm mát động cơ. Những lúc không có nắng, robot sẽ hoạt động bằng bình tích điện hoặc pin dự phòng được đặt trong khoang. Ngoài ra robot còn được lắp đèn chiều sáng để hoạt động vào ban đêm.

Khi robot hoạt động, trục đóng vai trò truyền lực từ động cơ đến chân vịt và bánh lái. Khi muốn robot tiến lùi linh hoạt thì điểu khiển chân vịt. Còn điều khiển sang trái, phải thì sử dụng bánh lái. Trong quá trình di chuyển, túi lưới hai bên cánh robot sẽ có nhiệm vụ thu gom rác trên mặt nước, di chuyển theo sự quan sát của người điều khiển. Khi rác đầy túi, người điều khiển đưa robot vào bờ và thu dọn rác trong túi lưới.

Thùng rác thông minh của nam học sinh lớp 11

Em Nguyễn Võ Hoàng Nhân, học sinh lớp 11, trường THPT chuyên Lê Khiết, tỉnh Quảng Ngãi đã chế tạo thành công thùng rác thông minh có nhiều tính năng hữu ích, tiện lợi trong bảo vệ môi trường. Thùng rác này hiện được sử dụng tại khu đô thị VSIP, phường Trương Quang Trọng, thành phố Quảng Ngãi.

Nhân cho biết:”Trong quá trình thực hiện thì em cũng gặp nhiều khó khăn do một số hạn chế nên em phải tìm tòi, nghiên cứu trên mạng để hiểu biết hơn về một số thiết bị và trong quá trình thực hiện, em còn gặp một số việc như là hỏng mạch điện, gây cho em nhiều khó khăn và phải nhiều lần mới thành công được”.

Thùng rác ngoài tự động mở và đóng nắp còn phát ra âm thanh kêu gọi mọi người bỏ rác đúng vào ngăn dành cho rác hữu cơ và vô cơ.“Hãy phân loại rác và cho tôi rác để bảo vệ môi trường. Xin cảm ơn!”.

Một ưu điểm nữa của thùng rác thông minh là sẽ tự động khóa nắp khi rác đầy, thông báo cho người đến bỏ rác biết “Thùng đã đầy rác, mời bạn bỏ rác vào thùng khác. Xin cảm ơn!”, đồng thời gửi tin nhắn qua điện thoại đến người quản lí công việc này để thu gom rác. Điều này sẽ tránh được việc rác rơi vãi ra bên ngoài, làm mất cảnh quan và vệ sinh môi trường. Thùng rác thông minh của em Hoàng Nhân hiện đang sử dụng và nhận phản hồi tích cực từ người dân ở khu dân cư nơi em sinh sống.

Minh Hà