Công nghệ cảm biến giám sát nhà kính
Nguyễn Phương Nhi (lớp 12I chuyên tiếng Anh, trường THPT Chuyên Ngoại ngữ (ĐH Ngoại ngữ), thành viên nhóm chia sẻ ý tưởng hình thành đề tài xuất phát từ vấn đề an ninh lương thực, thực phẩm trước tình trạng biến đổi khí hậu diễn ra ngày càng phức tạp. Một trong những giải pháp ứng phó với điều kiện thời tiết khắc nghiệt trong sản xuất nông nghiệp là xây dựng nhà kính để trồng trọt.
“Thực tế, đa số các nhà kính, trang trại ở Việt Nam hiện nay còn khá đơn giản và sử dụng rất nhiều nhân công, sức lao động con người để có thể duy trì môi trường thích hợp cho giống cây. Bên cạnh đó, xây dựng nhà kính chi phí rất cao”, Phương Nhi phân tích và cho biết, đề tài “Phát triển nông nghiệp bền vững trong nhà kính” của nhóm mang đến giải pháp ưu việt hơn.
Theo đó, nhóm thiết kế và xây dựng một hệ thống nhà kính giá rẻ, ứng dụng công nghệ mạng cảm biến không dây năng lượng thấp, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, cảm biến ánh sáng CdS, cảm biến độ ẩm đất - điện môi và thiết bị truyền động trong việc tự động hóa theo dõi, thu thập xử lý số liệu của nhà kính. Công nghệ cảm biến gần như thay thế hoàn toàn sức lao động con người.
Nguyễn Phúc Toàn (lớp 10A1, chuyên Lý, trường THPT Chuyên Khoa học tự nhiên, ĐH Khoa học tự nhiên) trưởng nhóm cho biết, tại mỗi vị trí trong nhà kính đều được lắp đặt một cảm biến nhằm lấy các thông số về môi trường một cách nhanh chóng và chính xác nhất. Cùng với đó, hệ thống được trang bị một thuật toán nhằm tự động hóa việc xử lý và điều chỉnh sao cho các thông số trở về mức cân bằng thông qua mỗi giá trị đo được từ các cảm biến. Từ đó đem lại một môi trường có điều kiện tốt nhất cho cây trồng tăng trưởng. “Đặc biệt, hệ thống nhà kính được lắp đặt hệ thống video trực tuyến - camera livestream để theo dõi quá trình tăng trưởng của các giống cây trồng”, trưởng nhóm Nguyễn Phúc Toàn cho biết thêm.
Điểm mới của đề tài là hệ thống cảm biến phát hiện được tất cả các thay đổi của các yếu tố môi trường. Với mỗi thông số về độ ẩm, nhiệt độ hay ánh sáng mà mỗi cảm biến thu về sẽ được xử lý nhanh chóng, từ đó gửi thông tin đến các bộ phận xử lý và tự động điều chỉnh một cách hợp lý. Đây là mô hình nhà kính được xây dựng với chi phí thấp, hệ thống được vận hành với nguồn năng lượng tự nhiên.
Tiến tới ứng dụng trí tuệ nhân tạo
Để hoàn thiện được dự án, nhóm 5 học sinh phải trải qua nhiều khó khăn và thất bại. Nhiều công đoạn phải làm lại nhiều lần mới đạt được như ý. Trong đó, video trực tuyến là một trong những thử thách lớn của nhóm.Lúc đầu, video trực tuyến bị giật và gửi hình ảnh rất chậm. Nhóm phải đau đầu nghiên cứu, tìm nhiều giải pháp. “Nhóm tìm được giải pháp video trực tiếp được truyền phát bằng Raspberry Pi. Công nghệ của Mejpg được sử dụng để livestream và người dùng có thể truy cập thông qua địa chỉ: http://192.168.4.1:8080. Công nghệ Mejpg là một codec video trong đó mỗi khung hình của chuyển động được ghi lại và nén vào hình ảnh JPEG. Với tốc độ 16 khung hình mỗi giây, người nông dân có thể xem một video chân thực nhất để giám sát cây trồng”, Toàn chia sẻ.
Trưởng nhóm Nguyễn Phúc Toàn giới thiệu về camera trực tuyến giám sát phía trong nhà kính TS Lê Quang Thảo, khoa Vật lý, trường ĐH Khoa học Tự nhiên (ĐHQG Hà Nội), giáo viên hướng dẫn của nhóm đánh giá rất cao sự sáng tạo và năng động của nhóm nghiên cứu, gồm 5 học sinh: Trưởng nhóm Nguyễn Phúc Toàn (lớp 10A1 chuyên Lý), Nguyễn Phương Nhi (lớp 12I, chuyên tiếng Anh), Hoàng Minh Tâm (lớp 12A2 chuyên Sinh); Phạm Ngọc Mai (lớp 12A2 chuyên Sinh) và Đỗ Phương Linh (lớp 11A3 chuyên Sinh). “Các em rất nhiệt huyết và sáng tạo. Tôi chỉ đóng vai trò định hướng giúp các em. Mặc dù các em đang ở lứa tuổi học sinh, mỗi em học mỗi lớp khác nhau nhưng đã phối hợp đưa ra rất nhiều ý tưởng táo bạo. Có những lúc các em tranh luận “nảy lửa” mới đi đến kết quả như ý”, TS.Thảo chia sẻ.
TS Thảo cho biết thêm, Ban giám khảo cuộc thi Đổi mới sáng tạo toàn cầu đánh giá rất cao về những điểm mới khi sử dụng thiết bị tự động hóa, cũng như ý nghĩa xã hội về an ninh lương thực của dự án. Tuy nhiên, điểm trừ là dự án mới bán tự động hóa, vẫn còn phải sử dụng sức lao động của con người. Ban giám khảo định hướng, thời gian tới dự án nghiên cứu về sử dụng trí tuệ nhân tạo IA để tiến tới thay thế hoàn toàn sức lao động con người.
Theo TS Lê Quang Thảo, khoa Vật lý, trường ĐH Khoa học Tự nhiên, điều đáng ghi nhận nhất ở dự án là các em mới chỉ ở lứa tuổi học sinh nhưng đã xây dựng được mô hình mẫu để chứng minh ý tưởng đúng đắn của mình.
