Nam sinh Bách khoa và sáng chế cánh tay kỳ diệu giúp người khuyết tật

Đỗ Xuân Vương, Hoàng Thế Nam, Ngô Quang Tài là 3 sinh viên năm cuối chuyên ngành Cơ điện tử của Trường ĐH Bách khoa Hà Nội. Cả ba cùng chung sự trăn trở khi biết có hàng triệu người Việt Nam bị khuyết tật vận động do các di chứng khác nhau của chiến tranh và tai nạn để lại.

Đặc biệt đối với Tài, chàng trai 22 tuổi từng chứng kiến sự khó khăn trong sinh hoạt của người anh họ do mất đi cánh tay phải vì tai nạn lao động vài năm trước...

Điều đó đã thôi thúc cả 3 mong muốn tạo ra một sản phẩm hỗ trợ những người khuyết tật, giúp cuộc sống của họ trở nên dễ dàng hơn.

 

Với mỗi hành động cần tập luyện nhiều lần, sau đó phân tích nhằm đưa ra dạng sóng chuẩn nhất để tập luyện.

Cuối tháng 12/2019, Vương, Nam và Tài bắt đầu nhen nhóm ý tưởng về việc ứng dụng công nghệ đọc sóng não để điều khiển cánh tay nhân tạo, giúp người khuyết tật có thể sử dụng và điều khiển giống như cánh tay thật.

Tài cho biết, so với một số nghiên cứu về cánh tay robot trước đó vốn chỉ dùng cảm biến vào bàn tay hoặc bắp tay, sản phẩm của nhóm sẽ kết nối tín hiệu từ tai nghe Mindwave thông qua giao thức bluetooth.

Các tín hiệu thu nhận sẽ truyền về bộ vi xử lý thông qua giao tiếp UART để phân tích, từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển cánh tay. Mỗi một suy nghĩ về cử chỉ, cánh tay sẽ tạo ra những dạng tín hiệu khác nhau. Tương ứng với đó, mạch điện tử sẽ điều khiển các động cơ để co duỗi ngón tay.

Như vậy, bằng cách này, người sử dụng chỉ cần đeo một cánh tay nhân tạo có gắn các mạch điện bên trong bắp tay, bắt đầu cầm nắm, thậm chí là gõ bàn phím thông qua sóng thần kinh truyền từ não tới các ngón tay.

Điều khó khăn nhất, theo nhóm là phải luyện tập để thu được sóng não cố định. Cụ thể, khi cử động, con người sẽ phát ra nhiều loại sóng não khác nhau, nhiệm vụ của nhóm là phải phân tích và tạo ra một thư viện chuẩn với các dạng sóng cố định.

“Người sử dụng cần phải luyện tập trong suy nghĩ cùng với tai nghe để có biên dạng sóng chuẩn. Với mỗi hành động cần tập luyện nhiều lần, sau đó phân tích nhằm đưa ra dạng sóng chuẩn nhất để tập luyện. Quá trình này phải diễn ra liên tục sao cho sự kiểm soát sóng não được thành thạo trong thời gian dài”.

Điều này theo Xuân Vương cũng sẽ mất rất nhiều thời gian do các dạng sóng còn tùy thuộc vào cảm xúc và độ tuổi của mỗi người. Cả nhóm dự tính, phải mất ít nhất khoảng 4 tháng liên tục, thư viện này mới có thể hoàn thiện với những động tác cơ bản.

Nhóm nghiên cứu gồm 3 sinh viên là Hoàng Thế Nam, Ngô Quang Tài, Đỗ Xuân Vương (từ trái qua phải).

Một nghiên cứu khó

Lên ý tưởng từ tháng 12 năm ngoái, nhưng vì Covid-19, những thiết bị được mua từ nước ngoài không thể chuyển về theo đúng kế hoạch, cả nhóm đành tạm gián đoạn việc nghiên cứu.

Phải đến tháng 4, nhóm mới gấp rút hoàn thiện sản phẩm và đến hiện tại, cánh tay nhân tạo bước đầu thành công với việc cầm, nắm cơ bản.

“Dù đây mới chỉ là sản phẩm thử nghiệm nhưng chúng em vẫn đang có gắng hoàn thiện dần dần. Đôi lúc bọn em làm đến đâu lại thấy thiếu đến đó”, Thế Nam nói.

Theo Thế Nam, có khi chỉ với một thao tác cơ bản, cả nhóm cũng phải tập luyện mất một tuần, lập trình từ sáng đến tận 9-10h tối, nhưng rất nhiều lần vẫn thất bại.

“Có những khi nản, cả ba kéo nhau ra trà đá hay đứng giữa sân trường, tĩnh tâm một lát rồi lại quay về phòng tiếp tục. Do đây là bản thử đầu tiên nên vẫn còn nhiều thứ cần chỉnh sửa và tập luyện để đem lại xác suất cao hơn. Cả nhóm sẽ cố gắng thử khoảng 10.000 lần, như vậy dữ liệu sóng sẽ chuẩn nhất”.

Cánh tay điều khiển bằng suy nghĩ giành giải Sáng tạo Sinh viên Nghiên cứu khoa học 2020 của Trường ĐH Bách khoa Hà Nội

Cũng theo nhóm nghiên cứu, trong quá trình phát triển ý tưởng, cả ba đã tìm ra thiết kế cánh tay, bàn chân giả của nhóm kỹ sư và nhà khoa học tại Đại học Johns Hopkins (Mỹ).

“Chúng em đã có sự kế thừa và phát triển để sản phẩm trở nên ưu việt hơn. Hiện tại, mức chi phí cho một sản phẩm dao động từ 10-13 triệu đồng. Chúng em vẫn đang tiếp tục nghiên cứu để giảm tối đa chi phí, đồng thời thiết bị không chỉ cử động trên bàn tay mà có thể cử động cả cổ và khuỷu tay. Ngoài ra, thiết bị vẫn đang hơi cồng kềnh, do đó về lâu dài, chúng em sẽ xử lý các mạch điện trong bắp tay sao cho tối giản nhất có thể để người dùng dễ dàng sử dụng như một cánh tay thật”.

TS. Mạc Thị Thoa - Trưởng bộ môn Cơ điện tử, người hướng dẫn nhóm khẳng định đây là một nghiên cứu khó và có ít tài liệu được công bố công khai. Điểm mới và nổi bật của nghiên cứu này là sự liên kết giữa tín hiệu điều khiển sóng não với một thiết bị phần cứng.

Còn TS. Trương Công Tuấn, Phó trưởng bộ môn Cơ điện tử cho rằng đây là một sản phẩm tiềm năng, có thể phát triển và ứng dụng trong tương lai.

“Tuy nhiên, để hoàn thiện và ứng dụng vào thực tế đòi hỏi kinh phí nghiên cứu rất lớn. Song, nếu thành công, các em hoàn toàn có thể ứng dụng để điều khiển các thiết bị hỗ trợ người tàn tật, bại liệt như chân, tay giả, xe lăn…, hay những trò chơi sử dụng sóng não để phát triển trí tuệ cho trẻ nhỏ, trẻ chậm phát triển”.

Về phía Vương, Nam và Tài, hướng phát triển của nhóm sau khi điều khiển ổn định là sẽ dùng xử lý ảnh để hỗ trợ cánh tay có thể phân tích những loại vật dụng khác nhau, qua đó áp dựng lực mạnh, nhẹ phù hợp để cầm nắm một vật nhất định.

Nhóm dự kiến sẽ hoàn thiện sản phẩm cánh tay điều khiển bằng suy nghĩ trong vòng 2 năm tới.