Giảng viên Bách khoa Hà Nội chế tạo vòng đeo tay sức khỏe “năng lượng Thạch Sanh”

Từ “đặt hàng” của bạn bè, người thân, PGS. Lê Minh Thùy – Giảng viên khoa Tự động hóa, Trường Điện – Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội – đã nghiên cứu, chế tạo ra sản phẩm thông minh dễ dàng sử dụng, mang ý nghĩa to lớn trong chăm sóc sức khỏe cộng đồng. Đặc biệt hơn, khi sản phẩm “ra mắt” trong thời gian tới, đó sẽ là tổng hợp chất xám của 3 lĩnh vực: Điện – Điện tử, Cơ khí, Vật liệu!

Thiết bị y tế tự cung cấp năng lượng

Đề tài nghiên cứu của PGS. Lê Minh Thùy tên đầy đủ là: Vòng đeo tay theo dõi sức khỏe cho người già và người bị bệnh truyền nhiễm tự cung cấp năng lượng.

Giảng viên Minh Thùy chia sẻ ý tưởng nghiên cứu được “nảy” ra vào thời điểm dịch bệnh Covid-19 lên đỉnh điểm. “Bố tôi đã già, lẫn, rất cần có một giải pháp nào đó để có thể dễ dàng tìm khi ông đi lạc. Tôi còn có một người bạn vong niên nguyên là Phó Hiệu trưởng Trường Đại học Bách khoa Pháp, bác năm nay hơn 90 tuổi rồi, ở một mình. Con bác rất lo, mà bác lại không thích có người ở chung. Những người như bác và bố tôi lại không thích đeo cái gì vào người, không thích bị kiểm soát.

Tôi nghĩ rằng những người già, người bị truyền nhiễm nếu đeo một cái vòng chỉ để theo dõi sức khỏe, không mang tính kiểm soát thì họ sẽ yên tâm hợp tác. Trao đổi với các y bác sĩ về hướng nghiên cứu này, tôi nhận được rất nhiều lời cổ vũ, khích lệ, mong chờ được sử dụng sản phẩm”.

Vòng đeo tay theo dõi sức khỏe do PGS. Lê Minh Thùy thiết kế và chế tạo có thể đo nồng độ SPO2 trong máu, đo nhịp tim, đo nhiệt độ. Người mắc Covid-19 và những bệnh nhân không bắt buộc phải vào bệnh viện đeo vòng này có thể ở nhà, được bác sĩ theo dõi sức khỏe từ xa. Người bệnh ở một mình có thể tự theo dõi trạng thái sức khỏe cơ thể mà không cần có người tiếp xúc, giảm việc lây bệnh.

Nhưng nếu với tính năng như vậy thì cũng không khác gì những chiếc đồng hồ thông minh đang bán trên thị trường. Đem thắc mắc hỏi PGS. Thùy, cô giải thích: Những chỉ số đo trên đồng hồ thông minh chỉ mang tính chất theo dõi, không đủ độ tin cậy như một thiết bị y tế chuyên dụng để bác sĩ căn cứ vào đó đánh giá tình trạng bệnh. Vòng đeo tay theo dõi sức khỏe của chúng tôi là một thiết bị y tế! Đặc biệt, với thiết bị chúng tôi nghiên cứu, người đeo không cần quan tâm đến việc sạc điện!

Nghe PGS Lê Minh Thùy giải thích, chợt nghĩ chiếc vòng có năng lượng như niêu cơm Thạch Sanh – cứ hết pin là tự đầy - vòng đeo tay sức khỏe “năng lượng Thạch Sanh”!

Nhìn ra thế giới, ý tưởng nghiên cứu vòng đeo tay theo dõi sức khỏe không mới, nhưng ý tưởng thu hoạch - tự chủ năng lượng, thiết kế trình bày mạch và ăng ten tích hợp - là hướng nghiên cứu hoàn toàn mới. “Đây là thế mạnh của nhóm nghiên cứu chúng tôi hơn 10 năm nay và cũng là chuyên môn chính của tôi. Trong suốt quá trình nghiên cứu, thiết kế vòng đeo tay theo dõi sức khỏe, đây là bài toán khó nhất mà chúng tôi đã vượt qua.” – PGS. Thùy chia sẻ.

Vòng đeo tay sức khỏe do PGS. Lê Minh Thùy nghiên cứu và chế tạo không cần cấp nguồn mà lấy năng lượng từ sóng điện từ hoặc từ chênh nhiệt của người đeo. “Tôi sẽ dùng những vật liệu chuyển đổi từ nhiệt (thermalelectric) sang điện, cấp nguồn cho thiết bị. Theo đó, chỉ cần thiết kế cảm biến đo với tần suất rất thấp thì hoàn toàn không phải lo đến việc dùng pin, không phải lo sạc nữa.

Để phát triển vòng đeo tay sức khỏe với giá thành rẻ, PGS. Lê Minh Thùy đã có nhiều buổi trao đổi với các chuyên gia ngành y tế, xây dựng cơ chế quản lý cho các bác sĩ theo dõi bệnh nhân từ xa một cách thuận lợi nhất. Mỗi bác sĩ sẽ quản lý một số lượng vòng nhất định để phát cho bệnh nhân. Nếu chỉ số sức khỏe của người bệnh bất thường, vòng sẽ gửi tin nhắn hoặc cuộc gọi thoại báo cho người thân và gọi bác sĩ. Như vậy bác sĩ và người nhà đều được biết thông tin kịp thời mà bệnh nhân vẫn có sự tự do, thoải mái nhất định.

Vòng đeo tay sức khỏe có truyền tin không dây, nhờ đó có thể định vị được bệnh nhân đang ở khu vực nào, không cần camera giám sát - bài toán định vị trong nhà. Đây là “sở trường” của PGS. Lê Minh Thùy khi cô đã nghiên cứu đề tài định vị trong nhà thông qua các nguồn sóng vô tuyến trong nhà từ năm 2015. Nay cô kết hợp thành quả nghiên cứu này với các bài toán của vòng đeo tay sức khỏe, xây dựng thành một hệ thống tổng thể.

Thiết kế “áo” chắn từ cho vòng đeo tay sức khỏe

Với các nhà khoa học, điều khó nhất trong thiết kế thiết bị y tế đo trên người là phải cho ra các chỉ số đảm bảo độ chính xác, truyền tin đảm bảo độ tin cậy, bởi cơ thể người có khả năng dẫn điện, có sóng điện từ, có khả năng bức xạ nên có nhiễu… sẽ gây ảnh hưởng đến thiết bị.

Cùng đó, PGS. Lê Minh Thùy muốn làm ra vòng đeo tay sức khỏe có công suất tiêu thụ “siêu” thấp nên khi thiết kế phải rất cẩn thận lựa chọn linh kiện tiêu thụ, đánh giá đo kiểm công suất tiêu thụ của thiết bị, đánh giá chất lượng truyền tin và tỷ lệ lỗi bản tin…

Trong quá trình PGS. Lê Minh Thùy nghiên cứu đề tài, Đại học Bách khoa Hà Nội được Dự án SAHEP (Dự án nâng cao chất lượng giáo dục đại học do Ngân hàng thế giới tài trợ) đầu tư các trang thiết bị hiện đại cho PTN, trong đó Trường Điện – Điện tử được đầu tư hệ thống đánh giá IoT, giúp cô Thùy và đồng nghiệp kiểm tra được tỷ lệ lỗi bản tin truyền và công suất tiêu thụ của vòng đeo tay sức khỏe, giảm thời gian đo cho các nhà khoa học. “Trước đây, chúng tôi phải mượn thiết bị bên ngoài và phải chờ họ rảnh rỗi mới mượn được.” – cô Thùy cho biết.

Cứ vượt qua một bài toán nào trong nghiên cứu, giảng viên Lê Minh Thùy lại tìm cho mình một thử thách mới, khó hơn. Như việc thiết kế vỏ cho vòng đeo tay sức khỏe, khi thiết kế mạch, cô đã tính toán để sắp xếp vị trí các mạch phù hợp với khâu đóng vỏ để người dùng cảm thấy thoải mái, nghiên cứu ứng dụng chặn sóng điện từ trong thiết bị hướng đi về cơ thể người, nhưng vẫn đảm bảo cho thiết bị truyền tin tốt tới mọi hướng còn lại. Tấm chắn để dưới gầm thiết bị để đảm bảo tính thẩm mỹ. Cô Thùy đang phối hợp với các chuyên gia Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam để nghiên cứu chế tạo “áo” chắn từ cho vòng đeo tay sức khỏe.

Lý giải về lý do “tự làm khó” mình, PGS. Lê Minh Thùy nói: Trước đây, tôi làm hai việc nghiên cứu ứng dụng và nghiên cứu hàn lâm khá độc lập, như nghiên cứu chặn sóng và thu hoạch năng lượng làm riêng rẽ, không gắn vào thiết bị. Giờ tôi rất hài lòng khi gắn các nghiên cứu này vào một thiết bị, phát huy hết tác dụng của nó. Vòng đeo tay sức khỏe sẽ còn nhỏ được nữa.

Hiện tại, Trường Cơ khí hỗ trợ PGS. Lê Minh Thùy in vỏ 3D cho thiết bị. Đây là pha nghiên cứu nhưng cũng đã tiệm cận đến khâu sản xuất, có khả năng sử dụng trong thực tiễn. Cô Thùy tự tin Đại học Bách khoa Hà Nội có thể làm chủ các khâu hoàn thiện vòng đeo tay sức khỏe với sự hợp tác của 2 trường: Trường Điện – Điện tử và Trường Cơ khí!

PGS. Lê Minh Thùy đã mang “đứa con khoa học” của mình tham gia triển lãm trong một sự kiện của Hội Nữ Trí thức Việt Nam năm 2022, thu hút sự quan tâm của rất nhiều khách tham quan và doanh nghiệp. Phòng Quản lý nghiên cứu, Đại học Bách khoa Hà Nội đã “chạy thử” thiết bị tại Triển lãm các sản phẩm NCKH của giảng viên, sinh viên Bách khoa Hà Nội ngày 15/10/2022. Thiết bị đã được đánh giá đạt chuẩn tương thích điện từ của Bộ Y tế - chuẩn EMC60010 ở vòng sơ bộ. PGS. Lê Minh Thùy đang tiến hành đăng ký phát minh sáng chế cho nghiên cứu của mình.

Sinh viên học thêm kiến thức, kỹ năng khi NCKH cùng giảng viên

Trong quá trình nghiên cứu, chế tạo vòng đeo tay sức khỏe, PGS. Lê Minh Thùy đã dìu dắt nhiều lứa sinh viên bước những bước đi đầu tiên trên con đường NCKH, học hỏi thêm nhiều kiến thức, kỹ năng: Làm việc nhóm; chia sẻ, trao đổi với nhau; hiểu rõ thêm và các ngành học khác: Cơ khí, Vật liệu… và quan trọng hơn cả là các sinh viên kiên nhẫn hơn, trưởng thành hơn theo từng tiến độ nghiên cứu!

Trung bình có khoàng 3-5 sinh viên từ K62, K63, K64 đã cùng giảng viên Lê Minh Thùy nghiên cứu, chế tạo thiết bị. Đề tài nghiên cứu đã đi vào đồ án tốt nghiệp của một số sinh viên. Kỳ cựu nhất là bạn sinh viên tham gia nghiên cứu đầu tiên, giờ đang làm việc tại một tập đoàn lớn. Bận bịu thế nhưng khi cô giáo gọi điện vẫn đến ngay để nghiên cứu, trợ giúp cùng “sư phụ” đánh giá tương thích trên cơ thể người. Điều cô Thùy hay chia sẻ với sinh viên nhất là: “Nếu mình là tốt việc của mình, mọi người làm tốt việc của mình thì mọi thứ xung quanh sẽ tự tốt”. Đây cũng là lời thầy giáo người Pháp hay động viên cô khi học thạc sỹ và làm NCS tại Pháp.

Cô Thùy chia sẻ: “Tôi rất hạnh phúc khi truyền được lửa đam mê NCKH cho sinh viên. Các em còn trẻ, thích làm cái mới, nên đào sâu một nghiên cứu - dù là khía cạnh chưa ai làm – thường hay thiếu kiên nhẫn, chán nản. Những lúc tâm lý sinh viên như vậy, tôi cũng hơi “trầm” lại, một chút thôi, rồi lại nghĩ đến lý do mình bắt đầu!” Và cô Thùy lại tràn đầy năng lượng phân tích, chỉ cho các sinh viên trong từng phần nghiên cứu có gì hay để các bạn rõ hơn, có hứng thú NCKH, học hỏi. Điều đó cũng giúp cô có thêm kỹ năng chia nhỏ đầu việc. Tựu trung, cả cô và trò học hỏi lẫn nhau!

Với đề tài nghiên cứu này, PGS. Lê Minh Thùy đã hướng dẫn 2 nữ sinh viên năm 3 và năm 4 viết bài báo khoa học đăng trên tạp chí khoa học quốc tế thuộc nhóm ISI Q2. Cô và các sinh viên đang dành thời gian viết bài để có thêm công bố khoa học trên các tạp chí uy tín trong và ngoài nước. Đây là minh chứng cho tính mới, tính khoa học của nghiên cứu.

Một số công ty về thiết bị y tế trong nước đã đặt vấn đề với cô giáo Minh Thùy triển khai sản phẩm nghiên cứu, cho thấy tính ứng dụng cao của thiết bị vòng đeo tay theo dõi sức khỏe. Nhưng tâm nguyện của nhà khoa học, giảng viên Lê Minh Thùy là nghiên cứu, chế tạo sản phẩm vì cộng đồng.

Quan điểm của cô Thùy là nghiên cứu, chế tạo sản phẩm tối giản, giống như triết lý của người Nhật: 1. Giảm thiểu linh kiện sẽ giảm chi phí, giảm công suất tiêu thụ, giảm ô nhiễm môi trường – hướng tới sự phát triển bền vững; 2. Tiện lợi cho người dùng; 3. Hướng tới mã nguồn mở, ai cũng có thể dùng được.

Hiện chưa tính công, chi phí vật lý mua linh kiện và chế tạo là hơn 10 USD/thiết bị, nếu sản xuất hàng loạt, vòng đeo tay sức khỏe tự sạc sẽ còn rẻ hơn nữa.
 

PGS. Lê Minh Thùy có một nhóm các nhà khoa học hỗ trợ, phản biện chéo khi nghiên cứu vòng đeo tay sức khỏe, hoàn chỉnh dần sản phẩm, đó là: TS. Hà Văn Nam - CSV Đại học Bách khoa Hà Nội, hiện đang làm sau tiến sĩ tại Phần Lan; PGS. Nguyễn Thanh Tùng - Phó Viện trưởng Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; GS. Vương Tân Phú và GS. René Carré - Thầy giáo hướng dẫn cô Thùy học thạc sỹ và làm NCS tại Pháp.