Hiểu rõ khó khăn của những người khuyết tật, ba sinh viên năm cuối chuyên ngành Cơ điện tử tại Đại học Bách Khoa Hà Nội đã cùng nhau nghiên cứu và phát triển một sản phẩm đột phá: cánh tay nhân tạo điều khiển bằng sóng não. Đỗ Xuân Vương, Hoàng Thế Nam và Ngô Quang Tài là những cái tên đứng sau dự án này, với mong muốn giúp đỡ những người mất đi khả năng vận động có thể tái hòa nhập cuộc sống một cách dễ dàng hơn.
1. Động lực từ thực tế cuộc sống
Ý tưởng về cánh tay nhân tạo của nhóm xuất phát từ sự đồng cảm với những người bị mất khả năng vận động, đặc biệt là những người khuyết tật tại Việt Nam. Với hàng triệu người gặp khó khăn trong cuộc sống do di chứng chiến tranh và tai nạn, nhóm sinh viên nhận ra rằng có rất ít thiết bị hỗ trợ hiệu quả và giá cả phù hợp cho họ. Đặc biệt, đối với Ngô Quang Tài, việc chứng kiến người anh họ mất đi cánh tay phải trong một tai nạn lao động đã thôi thúc anh tìm kiếm giải pháp.
Với mong muốn tạo ra một thiết bị hữu ích và có giá thành phải chăng, nhóm đã nghiên cứu và quyết định áp dụng công nghệ đọc sóng não để điều khiển cánh tay nhân tạo. Đầu năm 2020, họ bắt đầu khởi động dự án này, và từ đó, những bước tiến đầy triển vọng đã được thực hiện.
2. Cơ chế hoạt động của cánh tay nhân tạo
Công nghệ cánh tay nhân tạo của nhóm dựa trên việc đọc tín hiệu sóng não để điều khiển các cử động của cánh tay. Khác với các thiết bị cũ chỉ sử dụng cảm biến ở bàn tay hoặc bắp tay, sản phẩm của nhóm kết nối tín hiệu từ tai nghe Mindwave qua giao thức bluetooth. Tín hiệu được truyền tới bộ vi xử lý thông qua giao tiếp UART, từ đó phân tích và tạo ra các tín hiệu điều khiển để cánh tay có thể thực hiện các cử động như co, duỗi ngón tay.
Mỗi khi người dùng suy nghĩ về một cử chỉ, các dạng sóng não khác nhau sẽ được tạo ra. Các mạch điện tử bên trong cánh tay sẽ điều khiển các động cơ nhỏ để thực hiện các cử động tương ứng. Điều này có nghĩa là người dùng chỉ cần đeo cánh tay nhân tạo, và thông qua sóng não, họ có thể điều khiển cánh tay một cách tự nhiên như cánh tay thật.
3. Những thách thức trong quá trình phát triển
Một trong những khó khăn lớn nhất mà nhóm gặp phải trong quá trình phát triển sản phẩm là việc thu thập sóng não ổn định. Mỗi khi con người cử động, não bộ phát ra nhiều loại sóng khác nhau, và việc phân tích, tạo ra thư viện sóng chuẩn cho từng động tác không phải là điều dễ dàng.
Người sử dụng cần phải luyện tập liên tục để điều chỉnh suy nghĩ sao cho tạo ra sóng não ổn định. Quá trình này mất rất nhiều thời gian, bởi sóng não của mỗi người khác nhau tùy theo cảm xúc và độ tuổi. Nhóm dự kiến sẽ mất ít nhất 4 tháng để hoàn thiện thư viện các cử động cơ bản của cánh tay.
Thêm vào đó, ảnh hưởng của đại dịch Covid-19 cũng khiến nhóm phải gián đoạn công việc nghiên cứu. Do các thiết bị từ nước ngoài không thể về Việt Nam đúng hạn, dự án bị đình trệ trong vài tháng. Tuy nhiên, sau khi các thiết bị được nhập khẩu vào tháng 4, nhóm đã nhanh chóng hoàn thành phiên bản thử nghiệm đầu tiên của cánh tay nhân tạo.
4. Thành quả và tiềm năng phát triển
Mặc dù đây mới chỉ là sản phẩm thử nghiệm, nhưng nhóm đã bước đầu thành công trong việc tạo ra cánh tay có khả năng cầm, nắm cơ bản. Thế Nam, một thành viên trong nhóm, chia sẻ rằng quá trình phát triển đầy gian nan với nhiều lần thất bại. Để đạt được một cử động chính xác, nhóm phải luyện tập liên tục trong nhiều ngày và lập trình hàng giờ đồng hồ.
Dù còn nhiều khó khăn, nhóm vẫn quyết tâm hoàn thiện sản phẩm với mục tiêu tăng độ chính xác và giảm chi phí. Hiện tại, giá thành cho một cánh tay nhân tạo điều khiển bằng sóng não dao động từ 10 đến 13 triệu đồng. Tuy nhiên, nhóm hy vọng có thể tối ưu hóa thiết kế, giảm kích thước và chi phí để sản phẩm có thể tiếp cận được nhiều người dùng hơn.
5. Sự kế thừa từ nghiên cứu quốc tế
Trong quá trình phát triển sản phẩm, nhóm sinh viên Bách khoa đã tham khảo và kế thừa nhiều nghiên cứu quốc tế, đặc biệt là các thiết kế cánh tay và bàn chân giả từ Đại học Johns Hopkins (Mỹ). Họ đã điều chỉnh và phát triển thêm để sản phẩm của mình trở nên ưu việt hơn.
Bên cạnh việc điều khiển bằng suy nghĩ, nhóm đang phát triển thêm khả năng xử lý ảnh để cánh tay có thể nhận diện và áp dụng lực cầm nắm phù hợp với từng loại vật thể. Đây là bước tiến lớn giúp cánh tay nhân tạo không chỉ thực hiện các cử động đơn giản mà còn xử lý được các tác vụ phức tạp hơn.
6. Đánh giá và kỳ vọng trong tương lai
Các giảng viên hướng dẫn như TS. Mạc Thị Thoa và TS. Trương Công Tuấn đều đánh giá cao tiềm năng của sản phẩm. Theo TS. Tuấn, dự án này có thể mở ra nhiều cơ hội phát triển các thiết bị hỗ trợ người khuyết tật như chân tay giả, xe lăn điều khiển bằng sóng não, hoặc thậm chí là các trò chơi phát triển trí tuệ cho trẻ em.
Tuy nhiên, để hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi, nhóm sinh viên cần sự hỗ trợ về mặt tài chính và công nghệ. Hiện tại, nhóm dự định sẽ tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện sản phẩm trong vòng hai năm tới, với hy vọng cánh tay nhân tạo có thể được sử dụng rộng rãi và hỗ trợ hiệu quả cho những người khuyết tật.
Kết luận
Dự án cánh tay nhân tạo điều khiển bằng sóng não của các sinh viên Bách khoa Hà Nội không chỉ là một bước đột phá về công nghệ, mà còn là minh chứng cho sự sáng tạo và quyết tâm của thế hệ trẻ Việt Nam trong việc giải quyết các vấn đề xã hội. Với sự phát triển và hoàn thiện thêm trong tương lai, sản phẩm này hứa hẹn sẽ mang lại hy vọng và sự hỗ trợ cho hàng triệu người khuyết tật trên toàn thế giới.