Gương sáng học đường: Khối óc học trò và những robot đa năng

PGS.TS Mai Sỹ Tuấn, Trưởng khoa Sinh học (Trường ĐH Sư phạm Hà Nội, thành viên Ban giám khảo) nhận xét: “Dự án kBOT cho thấy những nỗ lực và trí tuệ trong việc biến ý tưởng trở thành sản phẩm thực tế, là một quá trình sáng tạo về phần cứng lẫn phần mềm của tác giả. Đây là mô hình kỹ thuật vừa cần kiến thức cơ khí, lập trình tin học lại cần đến kiến thức điện - điện tử”.

1. “kBOT-Wifi Robot - Robot tin học lập trình điều khiển qua Wifi và 3G” là dự án thứ 4 trong quá trình nghiên cứu tin học, đồng thời cũng là dự án hoàn thiện đầu tiên kể từ lúc Ngọc Khánh nghiên cứu thêm về điện tử. kBOT ra đời từ mong muốn xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh kết nối giữa lập trình tin học và phát triển điện tử. Qua dự án, Ngọc Khánh mong mang lại cái nhìn mới về phần mềm tin học và điện tử.

Với tính chất giống như một chiếc xe điện điều khiển từ xa, di chuyển bằng bánh nên cần pin và bộ điều khiển, kBOT là một robot có khả năng quan sát, chụp ảnh, quay phim, ghi âm, stream âm thanh trực tuyến thời gian thực, kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm, gắp vật, radar, tìm kiếm vật… Ngoài ra, kBOT còn hỗ trợ việc tìm kiếm trong bóng tối, ngõ ngách chật hẹp, cũng như quay video quan sát, chụp hình môi trường nguy hiểm hoặc những nơi mà con người không thể tiếp cận được.

2. kBOT được điều khiển và xử lý tập trung qua máy tính Raspberry Pi (chạy hệ điều hành Linux), gửi các gói thông tin qua Wifi hoặc mạng 3G nên robot rất dễ nâng cấp và điều khiển từ mọi nơi nếu có sóng 3G/4G hoặc mạng internet. Theo Ngọc Khánh, việc xây dựng thành công sản phẩm là nhờ những kinh nghiệm tích lũy từ năm 2010 đến nay, và qua các cuộc thi tin học trẻ cấp tỉnh, cấp toàn quốc… mà em tham gia, kết hợp quá trình tìm tòi học hỏi và thực nghiệm. Ngọc Khánh nhớ lại: “Em được gia đình và nhà trường hỗ trợ chi phí mua linh kiện điện tử. Nhưng để hoàn thành dự án thì cần tìm hiểu và trang bị kiến thức điện tử. Do trường phổ thông dạy rất ít lĩnh vực này và nhiều phần cứng không có sẵn ở Phú Yên nên em phải vào TP.HCM mua một số phần cứng cần thiết như: Máy tính Raspberry Pi, Arduino… Nhờ trang bị những kiến thức ở các gói thư viện có sẵn nên em đã xây dựng kBOT có thế mạnh về lập trình website động bao gồm: HTML, PHP, Javascript, CSS… Việc xây dựng giao diện đồ họa và quản lý cả hệ thống trong kBOT là một điểm mạnh, do vậy những chức năng được hỗ trợ sẵn (built-in) đều hoạt động trơn tru, không lỗi”.

3. Ý tưởng sáng chế kBOT đến với Ngọc Khánh xuất phát từ một vấn đề trong thực tế. Cụ thể là vào một ngày “không đẹp trời”, nhà của em bị kẻ trộm “thăm viếng”. May mắn là gia đình phát hiện kịp nên không mất mát gì nhưng em không muốn sự việc như vậy tái diễn, thế là ý tưởng về module phát hiện chuyển động và quay phim ra đời. Theo đó, người sử dụng điều khiển robot lại chỗ cần quan sát và câu dây điện để nạp năng lượng cho bình ắc quy. Sau đó khởi động đèn LED để kBOT tự hoạt động theo chương trình được định sẵn. Khi một sự kiện chuyển động bắt đầu thì sẽ gửi lệnh chạy các chương trình được viết sẵn để quay phim. Qua bước kiểm tra thì đây là chuyển động của một tên trộm. kBOT lưu lại lịch sử các chuyển động để người sử dụng dễ dàng truy cập và quản lý. Để hoàn thành module này Ngọc Khánh sử dụng thư viện OpenCV của C++ nhưng tốc độ không ưng ý, em chuyển sang sử dụng python và thư viện OpenCV dành cho python nhưng CPU Load vẫn cao và tốc độ vẫn chậm. Qua các thất bại, em nghiệm ra: Nếu dùng thư viện OpenCV dù với ngôn ngữ lập trình nào đi nữa thì tốc độ vẫn chậm. Nguyên nhân có lẽ do máy tính Raspberry Pi chỉ hoạt động với rung động tần số 700MHz và đồng thời phải chạy nhiều chương trình. Qua nhiều thử nghiệm, ứng dụng, suy nghĩ, cuối cùng module thành công với Package motion. Theo đó kBOT được thiết đặt các thông số về kích thước và tốc độ khung hình bằng chương trình do em viết ra. Sau đó kBOT tạo một file config và sử dụng Package motion. Package motion gửi lệnh thực hiện tới chương trình của kBOT và bắt đầu ghi nhận chuyển động, thông báo sự kiện cho người sử dụng và quay phim. Khi hết chuyển động kBOT cũng tự động kết thúc quay phim và kiểm tra thời lượng để xem xét chuyển động tiềm tàng và lưu lịch sử. Ngọc Khánh cho biết: Có thể nâng cấp module này bằng việc gửi tin nhắn cho cảnh sát. Đây cũng là một thí dụ để thấy những vất vả trong quá trình sáng tạo dự án của cậu học trò tỉnh Phú Yên.