Độc đáo xe lăn leo cầu thang điều khiển bằng cử chỉ của đầu, giọng nói

Xuất phát từ sự đồng cảm với những người không may mắn bị khuyết tật vận động, em Nguyễn Công Khánh, lớp 12 Tin và Nguyễn Hữu Thành Đạt, lớp 11 Toán Trường Trung học Phổ thông Chuyên Bắc Ninh đã chế tạo thành công xe lăn leo cầu thang điều khiển bằng nhận dạng cử chỉ đầu, giọng nói và điện thoại thông minh.

Dự án này đã vượt qua hàng trăm dự án khác và trở thành một trong 13 dự án giành giải Nhất Cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh Trung học phổ thông năm 2018 khu vực phía Bắc.

Bằng niềm đam mê nghiên cứu khoa học và tình cảm đối với những người không may mắn bị khuyết tật vận động, nhất là đối với người ông già yếu của mình, Nguyễn Công Khánh cùng với Nguyễn Hữu Thành Đạt xây dựng phương án chế tạo xe lăn cho người khuyết tật cả chân tay.

Qua tìm hiểu những chiếc xe lăn thông thường, các em nhận thấy hiện nay trên thế giới mặc dù đã có nhiều loại xe lăn như xe lăn điện, xe lăn leo cầu thang… nhưng chi phí 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, khi đi xuống cầu thang không chắc chắn, dễ bị ngã.

Từ thực tế trên, Khánh và Đạt đã xây dựng ý tưởng, tìm đến cô Hoàng Thị Hà, giáo viên dạy Tin học Trường Trung học Phổ thông Chuyên Bắc Ninh.

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.

Cô Hoàng Thị Hà chia sẻ, 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, nhiều cô trò thất bại. Không chịu lùi bước, cô và trò tiếp tục nghiên cứu cùng với sự tư vấn hỗ trợ của thầy 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 để chiếc 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 bao gồm cả người ngồi và góc nghiêng của xe khi leo bậc thang; 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 chuyển khi cấp điện cho motor, bốn bánh này được thiết kế tùy thuộc vào dạng bậc thang.

Phương án này dễ thực hiện, 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.

Sau 8 tháng xây dựng, hiện thực và hoàn thiện ý tưởng, 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 chiếc 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 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 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 đầu 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 đoạt giải trong Cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh Trung học Phổ thông năm 2018 khu vực phía Bắc.

Trở về trường sau Cuộc thi, hiện cả Khánh và Đạt lại tiếp tục theo đuổi niềm đam mê nghiên cứu khoa học của mình. Nguyễn Hữu Thành Đạt cho biết 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 thầy cô là sản phẩm được đầu tư sản xuất để có thể được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng, giúp những người khuyết tật có điều kiện di chuyển một cách dễ dàng hơn và tự chủ cuộc sống của mình.

Hàng năm, Nhà trường phối hợp với trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội tổ chức lớp học chế tạo rô bốt và tổ chức các cuộc thi sáng tạo có sự tham gia của sinh viên tình nguyện người Pháp.

Thông qua Cuộc thi, học sinh được học hỏi, trau dồi kinh nghiệm trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học.

Đối với đề tài xe lăn leo cầu thang điều khiển bằng cử chỉ của đầu, giọng nói và điện thoại thông minh, ngay từ đầu Nhà trường đã đồng hành cùng các em trong quá trình hoàn thiện và thực hiện ý tưởng, như mời chuyên gia tư vấn, phản biện...