Dự án xe lăn tự hành hỗ trợ người mắc bệnh xơ cứng teo cơ một bên trong di chuyển và giao tiếp của Cao Trung Quân và Lê Minh Hiếu, trường THPT thị xã Quảng Trị, giành giải tư lĩnh vực Robotics và máy móc thông minh ở cuộc thi Khoa học kỹ thuật quốc tế 2025 (ISEF), Mỹ.
Quân kể trong lễ trao giải hôm 16/5, hai em hồi hộp, nín thở khi ban tổ chức công bố giải. Khi thấy tên mình được xướng lên, hai em nhảy cẫng, ôm chầm lấy nhau rồi chạy lên sân khấu.
Lần đầu mang sản phẩm dự thi quốc tế, Quân và Hiếu đều choáng ngợp vì cuộc thi có đến 1.000 dự án đến từ 60 quốc gia, vùng lãnh thổ. Qua trao đổi với một số đội thi, Quân nhận thấy có nhiều dự án hay, mạnh. Trong khi, ban tổ chức chỉ xét 25% dự án đạt giải.
"Chúng em xác định có giải thưởng thì quá trọn vẹn còn nếu không được thì đây cũng là cơ hội được giao lưu, cọ xát cấp quốc tế, rất đáng quý", Quân nói.
Nam sinh cho biết mỗi đội được bố trí một gian nhỏ, trưng bày poster của dự án. Ban giám khảo cuộc thi lần lượt đi qua và có thể đặt câu hỏi. Với dự án xe lăn tự hành, Quân nhận thấy ban giám khảo quan tâm tính ứng dụng thực tiễn, tiềm năng hỗ trợ cho bệnh nhân. Nhiều thầy hỏi sâu về công nghệ tự hành, theo dõi chuyển động của đồng tử.
Quân (trái) và Hiếu tại khu vực dự thi ISEF, Mỹ. Ảnh: Nhân vật cung cấp
Cùng chung niềm đam mê khoa học kỹ thuật, Quân và Hiếu từng hợp tác làm dự án hệ thống cảnh báo, chống trộm thông minh và giành giải khuyến khích cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp tỉnh năm lớp 10. Tháng 6 năm ngoái, cả hai bàn bạc, lên ý tưởng làm xe lăn tự hành.
Quân cho biết trong một lần tìm đọc các tài liệu trên mạng, em nhận thấy bệnh xơ cứng teo cơ một bên (ALS) khiến con người mất dần khả năng kiểm soát cơ bắp, khó khăn trong di chuyển và giao tiếp. Hình ảnh nhà vật lý Stephen Hawking truyền cảm hứng cho hai em theo đuổi đề tài. Stephen Hawking mắc bệnh xơ cứng teo cơ một bên nhưng vẫn có nhiều cống hiến cho khoa học.
Quân nhìn nhận thị trường có nhiều dự án xe lăn hỗ trợ người khuyết tật, nhưng chúng chưa thể tự vận hành và hỗ trợ bệnh nhân giao tiếp. Hai em tìm hiểu các công nghệ có thể hỗ trợ chức năng này, nhận thấy nếu kết hợp công nghệ theo dõi đồng tử và tự hành, xe lăn có thể giúp người bệnh nhiều hơn ngoài chức năng di chuyển.
Theo Quân, người mắc bệnh xơ cứng teo cơ thường khó khăn khi nói, giao tiếp và thao tác. Do đó, nhóm dùng giải pháp Gaze Tracking, mô phỏng điểm mà nguời bệnh tập trung nhìn trên màn hình. Người bệnh sẽ đeo kính được gắn vào camera ở đầu, nhằm mục đích theo dõi chuyển động đồng tử. Kết hợp với dữ liệu hiệu chỉnh, họ có thể điều khiển được chuột máy tính và sử dụng các chức năng của hệ thống trên phần mềm mà nhóm tạo ra.
Cơ chế hoạt động của xe lăn tự hành do Quân và Hiếu phát triển. Video: Nhân vật cung cấp
Phần mềm gồm 3 chức năng chính: điều khiển xe lăn thủ công, xe lăn tự hành và giao tiếp. Với chức năng điều khiển xe lăn thủ công, nhóm sẽ giả lập tín hiệu điều khiển của Joystick bằng điện áp thông qua mạch, áp dụng thuật toán giúp điều khiển xe lăn với tốc độ mong muốn, các hướng sẽ được hiển thị trên app để nguời bệnh có thể chọn cách di chuyển.
Về chức năng tự hành, Quân nói có thể hình dung nó như một robot hút bụi được lập trình di chuyển đến các vị trí trong nhà. Xe lăn có hệ thống các cảm biến, camera để quét bản đồ khu vực di chuyển, xác định vị trí và điều hướng xe đến vị trí đã được chọn trên app. Tính năng này cũng có thể giúp xe dừng, quay đầu khi gặp vật cản.
Để hỗ trợ người bệnh giao tiếp, nhóm sử dụng phương pháp đánh bàn phím ảo, từ đó tạo ra các từ đơn rời rạc, rồi ứng dụng xử lý ngôn ngữ tự nhiên tạo ra 3 câu văn hoàn chỉnh. Người bệnh sẽ chọn câu phù hợp và gửi tin nhắn về ứng dụng Telegram của người nhà.
Ví dụ khi người bệnh gõ từ cơm, hệ thống tạo ra 3 câu lệnh phỏng đoán liên quan ngữ cảnh như: tôi muốn ăn cơm, tôi muốn nấu cơm, tôi muốn ăn cơm với cá.
Hiếu cho biết sau 10 tháng nghiên cứu, dự án tốn khoảng 30 triệu đồng, chủ yếu là vật liệu, linh kiện, mua xe lăn điện. Ban đầu hai em định tự chế chiếc xe lăn rồi làm động cơ để nó di chuyển theo mong muốn. Nhưng nhận ra một số hạn chế như góc quay, di chuyển, sai số về mặt cơ khí, nhóm quyết định mua một chiếc xe lăn điện mới rồi ứng dụng công nghệ, phát triển tiếp.
Cả hai liên tục lặp lại việc thử nghiệm, thử công dụng của xe lăn không dưới 1.000 lần. Không ít lần, cả hai căng thẳng vì code sai hoặc phần cơ khí không đúng, điện áp quá cao hoặc quá thấp.
Theo Hiếu, khó khăn nhất là thiếu kiến thức chuyên môn về công nghệ tự hành. Các tài liệu liên quan chủ yếu bằng tiếng Anh, hai em phải tự mày mò đọc hiểu, hỏi thêm thầy cô, anh chị sinh viên.
"Nhiều lần thử mà điện áp không ổn định, xe vọt chạy mạnh, va vào tường hay là bình thường", Hiếu chia sẻ.
Hiếu và Quân lắp đặt xe tại cuộc thi Khoa học Kỹ thuật cấp quốc gia, tháng 3. Ảnh: Nhân vật cung cấp
Cô Phan Thiên Nga, Hiệu trưởng trường THPT thị xã Quảng Trị, cho biết giải thưởng của Quân, Hiếu là niềm tự hào của trường. Cô đánh giá hai học trò đều xuất sắc trong học tập, đam mê kỹ thuật. Riêng Quân từng đạt giải nhất học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lý.
"Hai em kiên trì, trải qua một quá trình dài mày mò, tìm tòi, sai rồi lại sửa để có được như ngày hôm nay và vẫn có tiềm năng phát triển tiếp trong tương lai", cô Nga nhận xét.
Dù đạt được hiệu quả tương đối khi thử nghiệm, Hiếu cho rằng dự án của nhóm vẫn đang dừng lại ở việc nghiên cứu nguyên lý hoạt động, chứng minh tính khả thi của việc áp dụng các công nghệ này vào xe lăn tự hành. Từ ý tưởng đến hoàn thiện sản phẩm cho người bệnh dùng là một khoảng cách rất xa.
Với giải thưởng quốc tế, cả hai sẽ được tuyển thẳng vào đại học. Hiếu dự định chọn ngành Hệ thống nhúng của Đại học Bách khoa hoặc Khoa học Tự nhiên TP HCM, còn Quân sẽ theo ngành Khoa học máy tính ở Đại học VinUni.
Cả hai nói sẽ tiếp tục phát triển sản phẩm xe lăn tự hành, kỳ vọng hoàn thiện để đưa vào thực tế.
Lệ Nguyễn
