Cánh tay robot điều khiển bằng suy nghĩ Mind-arm của Phan Trường Anh Khôi và Nguyễn Công Huy, học sinh lớp 8H trường THCS Trưng Vương (quận Hoàn Kiếm, Hà Nội) được trao giải nhất cuộc thi Sáng tạo khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học cấp thành phố và giải nhì cấp quốc gia năm 2018.

Với phần thuyết trình tiếng Anh và sản phẩm tốt, nhiều người theo dõi cuộc thi nhận định sản phẩm của hai em không thua kém những đề tài của học sinh THPT đạt giải nhất. Tuy nhiên, cuộc thi khoa học và kỹ thuật quốc tế (Intel ISEF) tổ chức ở Mỹ giới hạn độ tuổi học sinh từ lớp 9 đến lớp 12 nên dù được đánh giá cao, hai em không thể dự thi.

Ngày 10-5, một kênh truyền hình của Mỹ đã đến trường Trưng Vương làm phóng sự về sản phẩm này. 

Anh Khôi (trái) và Công Huy cùng nghiên cứu và chế tạo cánh tay robot điều khiển bằng suy nghĩ. Ảnh: Dương Tâm

Mất ba tháng nghiên cứu, sáng chế ra cánh tay robot

Anh Khôi lớn lên trong gia đình có bác là thương binh, bị bom đạn trong chiến dịch Khe Sanh cướp mất cánh tay phải. Ở cùng lớp, Công Huy luôn suy nghĩ khi nhắc tới con số hơn 2 triệu người Việt Nam bị khuyết tật vận động do di chứng chiến tranh, tai nạn giao thông, tai nạn lao động hay bẩm sinh. Những người này đều gặp khó khăn khi tự phục vụ bản thân hay hòa nhập xã hội.

"Thực tế đó cùng niềm đam mê tin học, em và Huy lên ý tưởng làm cánh tay nhân tạo giúp người khuyết tật có cuộc sống tốt hơn", Khôi chia sẻ. Với tư cách trưởng nhóm, từng giành giải tư cuộc thi về tin học quy mô toàn cầu XDA Global GuiderDroid Invitational 2017, Khôi cùng Huy đặt mục tiêu hoàn thành sản phẩm với hai tiêu chí: giá thành rẻ và dễ dàng cho người sử dụng.

Sau ba tháng tập trung nghiên cứu, lập trình, in 3D cánh tay và lắp ráp, hai em đã tạo ra một mô hình cánh tay robot điều khiển bằng suy nghĩ với bốn bộ phận gồm: bộ đọc sóng não Emotiv Insight, máy tính với chương trình Python, mạch Adruino và cánh tay. Khi người dùng đội mũ Emotiv Insight và tập trung suy nghĩ, họ có thể điều khiển cánh tay co hoặc duỗi, cầm nắm các vật nhỏ.

Về nguyên lý hoạt động, mỗi đợt tập trung suy nghĩ, thiết bị Emotiv - đã được Khôi và Huy huấn luyện để làm quen với suy nghĩ của người dùng, sẽ đọc điện não, chuyển thành những tín hiệu số và truyền không dây đến một máy tính. Máy tính chạy Python sẽ phân tích tín hiệu đó và truyền lệnh tới mạch Adruino. Từ lệnh này, Ardruino điều khiển các động cơ servo giúp bàn tay cử động.

"Chúng em gặp nhiều khó khăn ở phần lập trình Python và Adruino. Python là phần nối giữa Emotiv và Adruino. Khi làm cho Emotiv hoạt động thì Adruino lại hỏng. Nó khiến hai đứa phải sửa code nhiều lần", Khôi nói. Em đã mất hơn 3 tháng để lập trình cánh tay cơ bản với chi phí hơn 10 triệu đồng cho in 3D và mua thiết bị Emotiv.

Với sự điều khiển bằng suy nghĩ, cánh tay robot của Huy và Khôi đã có thể cầm nắm các vật nhỏ. Ảnh: Dương Tâm

Nhấn mạnh cánh tay robot hiện chỉ là sản phẩm thử nghiệm, trong tương lai, Huy và Khôi sẽ thay thế máy tính, Arduino cồng kềnh bằng một mạch Raspberry Pi nhỏ gọn, có thể gắn trên cánh tay; đồng thời thay động cơ servo bằng xi-lanh điện nhằm nâng cao độ ổn định và tăng tải trọng cho cánh tay. Hai em mong muốn nghiên cứu, lập trình điều khiển các ngón tay linh hoạt hơn, thêm các cử động cho bộ phận cổ tay, khuỷu tay và thực hiện nhiều cử động cùng lúc.

Trước đó, Phạm Huy, học sinh lớp 11 trường THPT Quảng Trị, đã giành giải ba cuộc thi Intel ISEF 2017 với một cánh tay robot. Tuy nhiên, Huy và Khôi vẫn quyết định làm một cánh tay khác mà theo hai em, có nhiều ưu việt hơn.

"Cánh tay robot của anh Phạm Huy dùng cử động của các ngón chân để điều khiển. Điều này có phần không tự nhiên và không dùng được cho những người bị khuyết tật cả tay và chân hay bị bại liệt. Cánh tay do chúng em chế tạo khắc phục được nhược điểm đó", Khôi nói.

Bị nghi ngờ mức độ tự thực hiện vì mới học lớp 8

Vượt qua nhiều anh chị khối THPT, Khôi và Huy nhận được đánh giá cao trong cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia. Không ít người đặt câu hỏi "Nhỏ tuổi vậy thì sao làm được"?

"Ban giám khảo đã đặt rất nhiều câu hỏi để xác minh liệu có phải chúng em làm không? Bằng việc trình bày chi tiết những gì đã làm từ lập trình, in cánh tay, lắp ráp, huấn luyện bộ Emotiv, chúng em đã chứng minh được tuy chỉ học lớp 8, việc sáng chế hoàn toàn khả thi", Khôi nói. Còn Huy thì cho rằng làm khoa học không giới hạn lứa tuổi, chịu khó theo đuổi sẽ thành công.

Khôi nhớ lại khi nộp đề tài lên Phòng Giáo dục và Đào tạo quận Hoàn Kiếm để bầu chọn sản phẩm được dự thi vòng thành phố, ban giám khảo đã hoài nghi rất nhiều, cho rằng sản phẩm này không phải do các em tự thực hiện. Thậm chí, đề tài suýt bị loại, nhưng nhờ sự giúp đỡ của thầy cô trong trường, hai em lại có cơ hội trình bày về sản phẩm.

Thầy Hoàng Vân Đông, giảng viên Khoa Điện tử viễn thông (Đại học Điện lực), người hướng dẫn Khôi và Huy thực hiện cánh tay robot, khẳng định chỉ nhận lời mời hỗ trợ sau khi biết hai em là học sinh giỏi Tin, tham gia câu lạc bộ STEM và từng đạt giải quốc tế. "Tôi chỉ đóng vai trò định hướng còn Khôi và Huy tự thực hiện, tự lập trình, tìm tài liệu, lắp ghép. Các em hoàn toàn chủ động”, thầy Đông chia sẻ.

Ông Phan Trường Sơn, bố của Anh Khôi, luôn tin tưởng và ủng hộ con trai cùng bạn học. Ông Sơn cho biết Khôi thực sự quan tâm tới lĩnh vực máy tính vào ba năm trước. Sau khi giành giải tiếng Anh thành phố, em được bố mẹ thưởng một máy tính bảng. Lúc đầu, em dành 90% thời gian dùng nó để chơi game và sau một thời gian thì hỏng.

"Tôi nhất quyết không đem máy tỉnh bảng đi sửa. Không có gì dùng, con tự mày mò và sửa được nó. Từ đó, con học được những kiến thức cơ bản về tin học và bắt đầu đam mê lĩnh vực này", ông Sơn nói và cho biết Khôi từng xin chiếc laptop cũ của bố mẹ, cải tiến nó và cài lên máy tính 6 hệ điều hành cùng lúc.

Với niềm đam mê và giải thưởng quốc tế con từng giành được, ông Sơn không có lý do gì để hoài nghi về sản phẩm của con. Ông cho rằng lứa tuổi 13-15 đầy ước mơ, cha mẹ cần khuyến khích con mạnh dạn thể hiện mong muốn và hỗ trợ con hết mình trong khả năng.

Về phía Huy và Khôi, dù không được tham dự cuộc thi Intel ISEF, hai em vẫn tiếp tục nghiên cứu, nâng cao hiệu quả sản phẩm nhằm đưa ra thị trường những cánh tay robot điều khiển bằng ý nghĩ, phù hợp cho từng người khuyết tật với giá cả thấp nhất có thể.