Tạo cánh tay robot cho người khuyết tật

(HNM) - Ứng dụng công nghệ sóng não vào việc chế tạo cánh tay robot cho người khuyết tật là ý tưởng sáng tạo của 3 sinh viên năm cuối ngành Cơ điện tử (Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội): Đỗ Xuân Vương, Hoàng Thế Nam và Ngô Quang Tài. Nghiên cứu này được kỳ vọng sẽ giúp người khuyết tật dễ dàng hơn trong sinh hoạt, lao động và hòa nhập với cộng đồng một cách bền vững.

Một nghiên cứu nhân văn

Não con người hoạt động tự phát ra sóng não. Thiết bị sẽ thu sóng não để giải mã và chuyển thành hành động của các robot (người máy). Nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới đang nghiên cứu công nghệ này để điều khiển các thiết bị hỗ trợ người khuyết tật.

Tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 3 sinh viên Đỗ Xuân Vương, Hoàng Thế Nam và Ngô Quang Tài cũng đã tiến hành nghiên cứu, phát triển một cánh tay robot sử dụng thiết bị đo sóng não để điều khiển các cử chỉ của ngón tay. Người khuyết tật có thể dùng suy nghĩ điều khiển cánh tay robot như cánh tay thật.

Lên ý tưởng từ tháng 12-2019, song vì dịch Covid-19, những thiết bị mua từ nước ngoài không thể chuyển về, khiến việc nghiên cứu của nhóm bị gián đoạn. Đến tháng 4-2020, khi có đầy đủ thiết bị, nhóm đã gấp rút hoàn thiện sản phẩm. Chỉ mất vài ba giây, khi người sử dụng đeo thiết bị tai nghe kết nối bluetooth, cánh tay robot sẽ thực hiện mệnh lệnh cầm, nắm một số vật nhất định...

So với một số nghiên cứu về cánh tay robot trước đó - dùng cảm biến vào bàn tay hoặc bắp tay, sản phẩm của nhóm được kết nối tín hiệu từ tai nghe Mindwave, thông qua giao thức bluetooth. Các tín hiệu thu nhận được truyền về bộ vi xử lý để phân tích, từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển bàn tay. “Để đạt được kết quả này, chúng tôi đã phải thử nghiệm rất nhiều, bởi bất kỳ một hành động nào liên quan đến bàn tay đều phát ra tần số nhất định. Việc thử nghiệm nhiều là để bắt được tần số chuẩn nhất”, Đỗ Xuân Vương cho biết.

Theo Tiến sĩ Mạc Thị Thoa, Trưởng bộ môn Cơ điện tử (Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội), người hướng dẫn nhóm, các sinh viên đã phải đầu tư nhiều công sức, trí tuệ để hoàn thiện sản phẩm. Đây là một nghiên cứu rất tiềm năng. Việt Nam hiện có 6,2 triệu người khuyết tật. Vì vậy, ý tưởng cánh tay robot điều khiển bằng sóng não của nhóm sinh viên được đánh giá cao về tính ứng dụng thực tiễn cũng như hướng phát triển trong tương lai.

Sớm ứng dụng trong thực tế

Để chế tạo cánh tay robot sử dụng công nghệ sóng não, nhóm xây dựng mô hình gồm 3 phần: Cơ khí hóa cánh tay, có khoảng 24 chi tiết; mạch điều khiển dùng mô đun bluetooth, vi xử lý điều khiển, động cơ hoạt động; thiết bị tai nghe thu nhận sóng não.

Là người phụ trách phần thiết kế cánh tay, Ngô Quang Tài cho biết, để tạo ra một mô hình cánh tay giả tương đồng với cánh tay thật, phải hiểu được cơ chế hoạt động sinh học của bàn tay con người. Nhóm đã vẽ rất nhiều phác thảo trên phần mềm Catia và sau 2 tháng mới hoàn thành. "Về lâu dài, chúng tôi muốn xử lý các mạch điện trong bắp tay sao cho tối giản nhất để người dùng dễ dàng sử dụng như một cánh tay thật, đồng thời đặt mục tiêu: Thiết bị không chỉ cử động trên bàn tay, mà có thể cử động cả cổ và khuỷu tay. Hơn nữa, chúng tôi cũng cố gắng giảm tối đa giá thành của sản phẩm - hiện dao động từ 10 đến 13 triệu đồng”, Ngô Quang Tài bày tỏ.

Đảm nhiệm phần lập trình “dạy cánh tay cử động”, Hoàng Thế Nam chia sẻ: "Nhóm đã đưa ra rất nhiều phương án để lấy sóng não, cuối cùng quyết định chọn phương án luyện tập để thu được sóng não chuẩn. Ví dụ, chỉ với thao tác cầm chai nước, nhưng nhóm phải thử nghiệm mất cả tuần”.

Còn theo Đỗ Xuân Vương, người phụ trách mạch điều khiển, trong quá trình thiết kế, nhóm luôn lắng nghe, thu nhận ý kiến của những người khuyết tật để điều chỉnh cho phù hợp. Mỗi một suy nghĩ về cử chỉ cánh tay, tạo ra những dạng tín hiệu khác nhau và tương ứng với nó thì mạch điện tử sẽ điều khiển các động cơ để co duỗi các ngón tay.

Nhóm dự định sau khi điều khiển ổn định sẽ dùng phương pháp xử lý ảnh để hỗ trợ cánh tay phân tích những loại vật dụng khác nhau, qua đó có thể giúp cánh tay đưa ra lực phù hợp để cầm, nắm.

Tiến sĩ Hoàng Hồng Hải, Phó Viện trưởng Viện Cơ khí (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) đánh giá: “Sản phẩm cánh tay robot điều khiển bằng sóng não đã giành giải Sáng tạo sinh viên nghiên cứu khoa học năm 2020 của nhà trường. Đây là một đề tài khó, thể hiện khả năng nhạy bén của sinh viên trong việc áp dụng khoa học vào phục vụ đời sống cộng đồng. Sản phẩm có thể nghiên cứu ở hướng chuyên sâu cao hơn để sớm ứng dụng trong thực tế, giúp người khuyết tật sinh hoạt, lao động thuận lợi”.

Có thể thấy, sáng tạo của nhóm sinh viên Trường Đại học Bách khoa Hà Nội nếu được thương mại hóa thành công sẽ giúp người khuyết tật có được những cánh tay kỳ diệu, thiết thực góp phần cải thiện, nâng cao chất lượng sống, hòa nhập tốt hơn với cộng đồng.