Dự án xe lăn leo cầu thang điều khiển bằng nhận dạng cử chỉ đầu, giọng nói và điện thoại thông minh của em Nguyễn Công Khánh lớp 12 Tin và Nguyễn Hữu Thành Đạt lớp 11 toán trường THPT chuyên Bắc Ninh đã trở thành 1 trong 13 dự án giành được giải Nhất trong cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh năm 2018 khu vực phía Bắc.
Yếu tố nhân văn tạo động lực hình thành ý tưởng dự án
Xuất phát từ niềm đam mê nghiên cứu khoa học và tình cảm đối với những người không may mắn bị khuyết tật vận động, em Nguyễn Công Khánh cùng với Nguyễn Hữu Thành Đạt xây dựng phương án chế tạo xe lăn cho người khuyết tật cả chân tay.
Sau khi tìm hiểu những chiếc xe lăn thông thường, nhận thấy hiện nay trên thế giới mặc dù đã có nhiều loại xe lăn như xe lăn điện, xe lăn leo cầu thang… Tuy nhiên, những loại xe này, chi phí đầu tư cao, không phù hợp với thu nhập của người Việt Nam, chi phí sửa chữa lớn hoặc các linh kiện trong nước không có sẵn, chỉ phù hợp với những người khuyết tật chân…. Ở Việt Nam mặc dù có xe lăn điều khiển bằng nhận dạng cử chỉ đầu nhưng không thể leo cầu thang, hoặc xe lăn leo cầu thang nhưng vẫn phải điều khiển bằng tay, thậm chí khi đi xuống cầu thang không chắc chắn, dễ bị lộn…
Vì vậy, Khánh và Đạt đã xây dựng ý tưởng và tìm đến cô Hoàng Thị Hà, giáo viên dạy tin học của trường Trung học Phổ thông Chuyên Bắc Ninh. Ngay sau khi nghe các em trình bày ý tưởng, cô và trò nhanh chóng bắt tay vào làm dự án. Với kinh nghiệm nhiều năm trong lĩnh vực lập trình, cô Hà hướng dẫn cho các em thực hiện đề tài.
Trao đổi với phóng viên, cô Hoàng Thị Hà cho biết, ngay sau khi biết ý tưởng của các em, chính yếu tố nhân văn trong đó đã tạo động lực giúp cô và trò vượt qua khó khăn. Trong quá trình triển khai ý tưởng, do còn hạn chế về lĩnh vực cơ khí nên nhiều lần cả cô và trò đều thất bại.
Không chịu lùi bước, cô và trò nhà trường tiếp tục nghiên cứu, cùng với sự tư vấn hỗ trợ của thày giáo có kinh nghiệm trong lĩnh vực cơ khí, sau 4 tháng, chiếc xe lăn leo cầu thang điều khiển bằng nhận dạng cử chỉ đầu, giọng nói và điện thoại thông minh dần hình thành và có thể leo cầu thang những bậc đầu tiên.
Nguyễn Nam Khánh cho biết, bên cạnh kế thừa cách di chuyển các xe lăn trước, các em đã cải tiến những bộ phận khác cho phù hợp như để cho xe có thể leo được cầu thang, điều khiển bằng giọng nói và điện thoại thông minh. Cái khó khăn nhất, tạo nên tính sáng tạo khác biệt của sản phẩm là xe leo được cầu thang và bảo đảm yêu cầu: bánh xe phải chịu tải rất lớn, tải này bao gồm cả người ngồi và góc nghiêng của xe khi leo bậc thang và hệ số ma sát phải đảm bảo không trơn trượt giúp người điều khiển xe lăn an toàn khi lên hoặc xuống.
Bắt tay vào thực hiện, các em phải nghiên cứu các kết cấu cơ khí trục bánh xe để phù hợp với việc leo cầu thang. Xe lăn có bốn bánh phụ leo cầu thang thiết kế hình chữ thập được chuyển động bằng cầu trụ được gắn với motor trục vít giúp bánh chỉ di duyển khi cấp điện cho motor, bốn bánh này được thiết kế tùy thuộc vào dạng bậc thang. Với phương án này, xe có thể dễ làm, chi phí sửa chữa ít, linh kiện dễ tìm dễ thay thế, khả năng bám cầu thang tốt, người sử dụng không cần sự trợ giúp của người thân khi lên xuống.
Cùng với việc cải tiến hệ thống kết cấu xe để phù hợp khi leo cầu thang, Khánh và Đạt nghiên cứu phương pháp điều khiển xe cho phù hợp với nhiều đối tượng khuyết tật khác nhau nên chế tạo điều khiển bằng nhiều phương thức đặc biệt có thể điều khiển bằng giọng nói hoặc cử chỉ đầu.
Ý tưởng dự án trở thành hiện thực
Sau 8 tháng xây dưng, hiện thực và hoàn thiện ý tưởng (tháng 8/2017), Khánh, Đạt và cô Hà đã thành công với dự án xe lăn leo cầu thang điều khiển bằng cử chỉ của đầu, giọng nói và điện thoại thông minh. Chiếc xe được hoàn thành có kết cấu chặt chẽ gồm khung xe, bánh xe, bánh leo cầu thang, trục nâng hạ, mô đun điều khiển, hệ thống mái che…
Nhờ cấu tạo đặc biệt, bánh xe giúp xe lăn lên xuống bậc thang dễ dàng đồng thời xe có nhiều phương thức điều khiển phù hợp với mọi đối tượng người tàn tật hay người già. Khả năng đặc biệt của cảm biến đo góc nghiêng (mpu6050) giúp người sử dụng không có tay hoặc bị liệt tay vẫn có thể điều khiển xe lăn để di chuyển bằng cách nhận dạng cử chỉ của đầu để điều khiển hướng di đi của xe lăn.
Người điều khiển chỉ cần làm các cử chỉ đầu với 4 lệnh như tiến (cúi đầu về phía trước), lùi ( ngả đầu về phía sau), sang trái (nghiêng đầu sang trái), phải (nghiêng đầu sang phải), khi dừng chỉ cần giữ đâu ở vị trí vuông góc với mặt đất.
Ngoài ra, thông qua phần mềm cài đặt trong điện thoại kết nối với xe bằng bluetooth người sử dụng có thể điều khiển xe bằng giọng nói hoặc trực tiếp điều khiển bằng tay. Với tính năng trên, cùng các yếu tố khác như xe chạy bằng điện có tốc độ tối đa trên đường bằng 10km/h, có hệ thống phanh điện tự hãm, tải nặng 120kg (không tính trọng lượng của toàn bộ xe và ghế), có nút SOS giúp gọi điện cho người thân khi cần, chiếc xe đã đạt được giải nhất trong cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh trung học vào tháng 3/ 2018 khu vực phía Bắc.
Trở về trường sau cuộc thi, hiện nay cả Khánh và Đạt lại tiếp tục theo đuổi niềm đam mê nghiên cứu khoa học của mình. Trao đổi với phóng viên, em Nguyễn Hữu Thành Đạt cho biết: "Trong thời gian tới, em đang nghiên cứu phát triển thêm một số tính năng mới của xe như: Điều khiển bằng sóng não và có thể lắp đặt thêm một số thiết bị định vị. Trước mắt, mong muốn lớn nhất của các em và thày cô trong nhà trường là sản phẩm xe được các nhà đầu tư sản xuất để sản phẩm có thể được ứng dụng cao trong cộng đồng giúp những người khuyết tật có điều kiện di chuyển một cách dễ dàng tự chủ cuộc sống của mình".