Cô trò Bách khoa Hà Nội nghiên cứu cảm biến đo độ ẩm đất Make in Vietnam

Ngày lễ Quốc tế Phụ nữ 8/3/2024, PGS. Lê Minh Thùy, giảng viên Trường Điện – Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội nhận tin vui đạt Giải thưởng Sáng tạo châu Á 2023 của Quỹ Toàn cầu Hitachi với “nghiên cứu xanh”: Xanh hóa tương lai bằng các giải pháp khai thác năng lượng từ các nguồn xung quanh.

Đây chính là ý tưởng chủ đạo của nghiên cứu thu hoạch năng lượng, chế tạo thiết bị đo độ ẩm lòng đất - cảm biến không dây tự chủ năng lượng trong lòng đất phục vụ nông nghiệp chính xác của PGS. Lê Minh Thùy. Hướng dẫn các sinh viên Trường Điện – Điện tử nghiên cứu cùng mình, cô Thùy hay nói vui với các sinh viên nữ: Cô trò mình là “Những cô gái trong lòng đất”!

Lời “đặt hàng” từ “khổ chủ”!

Trong nông nghiệp, việc kiểm soát độ ẩm rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp tới sự sinh trưởng cũng như năng suất của cây. Thừa hoặc thiếu nước đều không thích hợp cho cây trồng sinh trưởng.

Trên thị trường hiện có bán rất nhiều loại cảm biến đo độ ẩm đất, tuy nhiên, chưa có cảm biến nào Make in Vietnam. Các loại cảm biến giá rẻ thường chất lượng thấp, kết quả đo không chính xác; cảm biến chất lượng ổn thì giá thành khá cao.

Một lần tham gia Hội thảo, chuyên gia của Trường Đại học Nông nghiệp Việt Nam “tâm tư” với PGS. Lê Minh Thùy: Chuyên gia Học viện chôn nhiều cảm biến xuống đất, hàng ngày vài lần đến hiện trường cắm que đo nhiệt độ và độ ẩm xuống rồi lại rút lên để thu thông tin, công việc rất vất vả, có khi thông tin thu được lại sai lệch so với thực tế, ảnh hưởng tới công tác nghiên cứu về sản lượng, chất lượng hoa màu, vốn cần độ chính xác cao...

“Giá có một thiết bị không dây, đo độ ẩm chính xác, giá thành rẻ, chỉ cần vào máy tính hoặc điện thoại, ngay lập tức thu được thông tin thì thật tuyệt. Thị trường có bán đó chị, nhưng đắt quá, và nếu loại giá vừa phải thì độ tin cậy không cao” – Chuyên gia nông nghiệp nói với chị Thùy.
 

Cùng đó, lãnh đạo một công ty của Việt Nam kinh doanh trong lĩnh vực nông nghiệp chia sẻ trăn trở muốn tìm một thiết bị cảm biến giá rẻ nhưng cho thông tin chính xác để đưa ra quyết định tưới nước cho những hoa màu anh đang đầu tư kinh doanh.

Biết được sở trường của chị Thùy là nghiên cứu về các thiết bị cảm biến và thu hoạch năng lượng từ nhiều nguồn năng lượng, anh đã “ra đề bài” rất cụ thể: Làm mới hoặc cải tiến cảm biến giá rẻ (có sẵn trên thị trường), giải bài toán môi trường (để chôn xuống đất nếu không cần nữa có thể có thể bỏ đi), triển khai trên diện tích rộng, độ tin cậy chấp nhận được.

Từ những chia sẻ của các chuyên gia lĩnh vực nông nghiệp, tham khảo nhiều tài liệu, tìm hiểu thực tiễn trong nước, PGS. Lê Minh Thùy quyết định nhận lời nghiên cứu truyền năng lượng xuống thiết bị chôn trong lòng đất.

PGS. Lê Minh Thùy đề xuất giải pháp thu hoạch năng lượng, tích hợp vào xe robot hàng ngày đi tuần để cùng lúc truyền năng lượng và thu thông tin độ ẩm trong lòng đất, cập nhật lên mạng. Nếu làm được sẽ giải được bài toán về mạng truyền thông linh hoạt và cả vấn đề cấp nguồn cho thiết bị trong lòng đất.

Ý tưởng này của chị Thùy đã được Quỹ Toàn cầu Hitachi trao Giải thưởng Sáng tạo châu Á 2023, một ý tưởng nghiên cứu xanh hóa tương lai!

1 bài toán, 3 hướng nghiên cứu

Để giải bài toán “đặt hàng” của doanh nghiệp và chuyên gia nông nghiệp, PGS. Lê Minh Thùy đã đưa ra 3 phương án – 3 hướng nghiên cứu vừa cơ bản, vừa ứng dụng, cụ thể:

1. Cải tiến những cảm biến giá rẻ có sẵn trên thị trường. Sử dụng học máy nâng cao độ chính xác cho các cảm biến giá thành rẻ.

2. Làm một cảm biến giá rẻ nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy.

Đây chính là nghiên cứu cơ bản để đưa ra ứng dụng sau này, cho ra cảm biến đo độ ẩm đất giá thành rẻ, chỉ việc chôn xuống đất là truyền thông tin không dây, có thể bỏ mà không ảnh hưởng đến môi trường. Đây chính là bài toán về thiết bị đo trong lòng đất và mạng cảm biến, thu thông tin như thế nào cho hiệu quả - tâm huyết của “những cô gái trong lòng đất” Bách khoa Hà Nội.

3. Giải quyết bài toán môi trường cho việc chôn thiết bị trong đất, không cần sẽ bỏ đi luôn mà không cần đào lên. Để giải bài toán này nhóm nghiên cứu đã và đang làm được 2 phần, đang tiếp tục nghiên cứu định hướng tích hợp vào trong một thiết bị nhỏ gọn.
 

Trên thực tế, thế giới đã triển khai nghiên cứu cảm biến đo độ ẩm đất từ những năm 2010, nhiều nhất là các nhà khoa học Mỹ. Từ năm 2020 đến nay, các chuyên gia Pháp cũng đã bắt tay nghiên cứu lĩnh vực này.

Hiện các nhóm nghiên cứu từ Mỹ, Anh, Nhật, Pháp… mới chỉ dừng lại ở sản phẩm trong phòng thí nghiệm, chưa có nhóm nào đưa sản phẩm hoàn chỉnh vào sử dụng thực tế. Đây cũng là lý do PGS. Lê Minh Thùy hợp tác nghiên cứu với các nhà khoa học Úc và Anh. Những nhận xét từ các giáo sư cùng lĩnh vực sẽ giúp nhóm nghiên cứu cảm biến đo độ ẩm đất của Bách khoa Hà Nội cải thiện sản phẩm tốt hơn.

Theo chị Thùy tìm hiểu, các nhà khoa học từ trường Đại học Nebraska-Lincoln,Mỹ đang tìm cách giải quyết bài toán nguồn tiêu thụ. Hiện các cảm biến đo độ ẩm của các nhóm nghiên cứu về lĩnh vực này đang là ròng dây xuống đất, lấy năng lượng mặt trời (ứng dụng tùy vùng khí hậu); hoặc chôn xuống đất, dùng pin, sau một thời gian phải đào lên.

“Pin dù tốt đến mấy thì thời gian hoạt động hạn chế, nhấc lên để bảo trì bảo dưỡng rất không hiệu quả. Việc thu thập thông tin đang sủ dụng làdùng máy bay không người lái, bay vòng quanh thu thông tin hoặc lắp một trạm thu thập thông tin rồi cập nhật lên Internet, giải pháp này khó triển khai để sạc không dây cho cảm biến” – PGS. Lê Minh Thùy giải thích.

PGS. Lê Minh Thùy và các sinh viên triển khai nghiên cứu theo ý tưởng sử dụng robot đi tuần, đẩy xe qua những nơi chôn cảm biến đo độ ẩm, mỗi lần đi lấy thông tin sẽ truyền năng lượng cho cảm biến, vừa sạc, vừa thu thông tin từ sóng điện từ. Bài toán nghiên cứu cơ bản là làm sao hiệu suất thu nhận năng lượng và truyền thông tin tốt kể cả khi bị lệch trục giữa bộ truyền và bộ nhận.

Nhóm nghiên cứu của chị Thùy đã giải được bài toán lệch trục và đang tiếp tục nghiên cứu tích hợp khối truyền thông tin lên mạng cùng khối nguồn, cho ra sản phẩm có kích thước nhỏ gọn.

“Đây là pha tiếp theo nhóm nghiên cứu chúng tôi đang làm. Tôi muốn mình triển khai ở Việt Nam, có sản phẩm thành hình hài để “chạy thử”. Lúc đó sẽ cần đầu tư không chỉ nhân lực, trí lực mà cả vật lực, xin thêm tài trợ.” – Chị Thùy cho biết.  

Chuyên gia nông nghiệp và doanh nghiệp “đặt hàng” luôn sẵn sàng chờ đợi thành phẩm cảm biến đo độ ẩm đất Make in Vietnam. Còn nhà khoa học Bách khoa Hà Nội - PGS. Lê Minh Thùy - cùng các cộng sự đang chạy đua hết tốc lực ngay sau khi công bố khoa học quốc tế để 5 năm nữa sẽ có sản phẩm thiết bị đo độ ẩm trong lòng đất giá thành rẻ, độ chính xác cao hoàn chỉnh.

“Những cô gái trong lòng đất” Bách khoa Hà Nội

Trong suốt cuộc trao đổi về nghiên cứu khoa học xanh hóa tương lai của mình, PGS. Lê Minh Thùy dành nhiều thời gian để kể về các cô gái đã lựa chọn, theo đuổi hướng nghiên cứu cơ bản cùng mình, những sinh viên thông minh, tài năng K64, K65, ngành Điều khiển và Tự động hóa, Trường Điện – Điện tử: Đinh Bảo Ngân, Nguyễn Thị Phương Thảo (K64); Đào Phương Thảo, Đỗ Thu Giang (K65).

Chị Thùy say sưa kể chi tiết “duyên số” như thế nào để cô và các trò quen biết, cảm mến rồi đi cùng nhau trên con đường khoa học. “Công thức gắn kết” đều xuất phát từ tình yêu, sự khâm phục mà đôi bên dành cho nhau.

Hiện Đinh Bảo Ngân vừa tốt nghiệp Đại học Bách khoa Hà Nội. Từ lúc chưa tốt nghiệp, cô gái này đã được Tập đoàn Viễn thông Quân đội Viettel trả “full” lương, trải thảm đỏ chờ nhân tài. Hai nữ sinh K65 Phương Thảo và Thu Giang được cô giáo Thùy xin sang Pháp thực tập tại đúng lab, đúng thầy hướng dẫn trước kia chị Thùy theo học. “Học trò đang đi đúng con đường tôi học tập năm xưa. Với tố chất thông minh, giỏi giang của sinh viên Bách khoa Hà Nội, chắc chắn các em sẽ có tương lai rực rỡ!” – PGS. Lê Minh Thùy hào hứng nói.

Tình cảm trân trọng, tin yêu PGS. Lê Minh Thùy dành cho các sinh viên của mình xuất phát từ chính những trải nghiệm cả nhân của chị khi theo đuổi NCKH. Bởi theo đuổi con đường nghiên cứu, nhất là nghiên cứu cơ bản cần lắm sự kiên nhẫn, quyết tâm.

Ngay chính chị Thùy khi cùng lúc vừa nghiên cứu cơ bản, vừa nghiên cứu ứng dụng thiết bị đo độ ẩm trong lòng đất – như đồng nghiệp nói vui là 2 chân đạp 2 thuyền - cũng có lúc muốn bỏ dở vì mệt mỏi, nhưng nghĩ đến sinh viên đang nghiêm túc nghiên cứu cùng mình, chị lại có thêm động lực để đi tiếp.

PGS. Lê Minh Thùy thường chia sẻ với sinh viên cảm xúc, suy nghĩ tại sao theo đuổi NCKH đến cùng: “Có lúc cô chán chứ! Khi muốn nghỉ, cô tự vấn lý do tại sao mình bắt đầu. Nghĩ lý do đó rồi mà vẫn muốn bỏ thì…bỏ, không ân hận! Nhưng thường, nghĩ lại lý do bắt đầu là cô lại tiếp tục cố gắng đi tiếp rồi!”.

Sự nhiệt tâm, kiến thức, kinh nghiệm của cô giáo truyền lửa cho sinh viên học tập, nghiên cứu; sức trẻ, sự năng động, sáng tạo của sinh viên là nguồn cảm hứng cho cô có thêm năng lượng hàng ngày, như chia sẻ của chị Thùy: “Bản thân tôi may mắn lĩnh hội được nhiều điều hay từ thầy/cô giáo mình. Tôi mong mình truyền cảm hứng và ảnh hưởng tốt tới các bạn sinh viên như thầy cô ngày xưa đã làm với tôi!”
 

“Điểm danh” những chuyên gia đam mê… “ẩn mình”!

Hỗ trợ nhóm nghiên cứu cảm biến không dây tự chủ năng lượng trong lòng đất phục vụ nông nghiệp chính xác đạt những kết quả hiện tại, PGS. Lê Minh Thùy nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ những chuyên gia có sở thích “ẩn mình”!

Chồng chị Thùy, cũng là đồng nghiệp cùng phòng lab của chị tại Trường Điện - Điện tử - PGS. Nguyễn Quốc Cường - được chị Thùy giới thiệu rất “iu”: Anh chính là lãnh tụ tinh thần của tôi! Nếu không có anh thì sẽ không có tôi hôm nay!

Những ý tưởng nghiên cứu của chị Thùy đưa ra đều được anh Cường phản biện trước. Nếu không trả lời được, chị dành thời gian suy nghĩ để “hóa giải” - Giống như chị có một lợi thế được phản biện một lần vậy.

PGS. Cường cũng chính là người triển khai hướng nghiên cứu ứng dụng học máy trong các cảm biến có sẵn để nâng cao độ chính xác; hỗ trợ nhóm phần hiệu chuẩn.

Nhóm nghiên cứu còn được PGS. Nguyễn Thanh Tùng – Phó Viện trưởng Viện Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam hỗ trợ phần vật liệu chế tạo cho khối truyền thông không dây; TS. Nguyễn Đại Dương, Trường Điện – Điện tử, TS. Hà Văn Nam - CSV K52 ngành Điện tử Viễn thông Bách khoa Hà Nội, hiện đang là nghiên cứu viên tại Đại hoc Alto, Phần Lan - hỗ trợ về thu hoạch năng lượng và robot.

Kể về những chuyên gia “ẩn mình” giúp đỡ nhóm nghiên cứu, PGS. Lê Minh Thùy luôn nói mình may mắn.

Nghiên cứu của PGS. Thùy đã được Quỹ APEC (Chương trình Học bổng Nghiên cứu của Chính phủ Úc dành cho nữ ứng viên các nền kinh tế thành viên APEC (Australia-APEC Women in Research Fellowship) hỗ trợ về mặt khoa học từ năm 2022. Đầu năm 2023, PGS. Thùy đã sang Úc trao đổi công việc với nhóm giáo sư Trường ĐH Sydney. Sắp tới, chị Thùy sẽ kết nối với nhóm nghiên cứu tương tự từ Trường đại học Northumbria, Anh quốc.

NCKH của cô trò Đại học Bách khoa Hà Nội đã được công bố trên tạp chí chuyên ngành quốc tế, có chỉ số trích dẫn (Impact Facto 7.8). Các chuyên gia quốc tế đánh giá rất cao ý tưởng của giảng viên Bách khoa Hà Nội.
 

"MONG CHỜ ĐƯỢC HỢP TÁC NGHIÊN CỨU"   "Chủ đề nghiên cứu của PGS. Lê Minh Thùy rất thú vị. Ứng dụng mạng cảm biến không dây tự chủ năng lượng trong lòng đất phục vụ nông nghiệp chính xác là một giải pháp tiềm năng cho nông nghiệp thông minh. Những kết quả nghiên cứu PGS. Thùy gửi tới APEC thực sự hữu ích, xứng đáng được trao tài trợ. Cô Thùy đã đến thăm các Phòng thí nghiệm Công nghệ của chúng tôi, kết nối với nhiều học giả. Mong rằng sự hợp tác trong tương lai giữa PGS. Lê Minh Thùy – Đại học Bách khoa Hà Nội và Đại học Công nghệ Sydney sẽ thúc đẩy hơn nữa nghiên cứu xanh hóa tương lai này". Giáo sư Eryk Dutkiewicz và Giáo sư Diep Nguyen – Trường Đại học Công nghệ Sydney - Úc