“Điện năng từ bước chân” - Sáng kiến của học sinh Ninh Thuận

Với sự say mê khoa học, hai nữ sinh Phạm Thị Thùy Trinh và Nguyễn Thị Thanh Thúy (học lớp 9/3, Trường Tiểu học và Trung học cơ sở Võ Nguyên Giáp, phường Đông Hải, thành phố Phan Rang - Tháp Chàm, Ninh Thuận) đã sáng chế thành công mô hình "Tạo điện năng từ những bước chân". Dự án này đã xuất sắc giành giải Nhất tại Cuộc thi Khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học cấp tỉnh năm học 2024 - 2025 do Sở Giáo dục và Đào tạo tổ chức.

Nguồn năng lượng này có thể được sử dụng để cấp điện cho các thiết bị nhỏ, giúp tiết kiệm năng lượng từ các nguồn truyền thống như điện lưới hoặc pin hóa học. Ngoài ra, nghiên cứu còn đóng góp vào việc nâng cao nhận thức cộng đồng về năng lượng tái tạo và bảo vệ môi trường, khuyến khích sử dụng các nguồn năng lượng sạch và bền vững.

Ý tưởng từ quan sát mọi người di chuyển hằng ngày

Chia sẻ với phóng viên TTXVN, em Nguyễn Thị Thanh Thúy cho biết, trong quá trình quan sát mọi người di chuyển trên đường đi học hằng ngày, em nhận thấy mọi người thực hiện rất nhiều hành động di chuyển, trong đó có những bước chân. Tuy nhiên, phần lớn năng lượng sinh ra từ hoạt động này lại bị lãng phí. Với mong muốn khai thác nguồn năng lượng nói trên để cấp điện cho các thiết bị nhỏ, giúp tiết kiệm năng lượng, chúng em đã lên ý tưởng và tìm gặp thầy Lê Minh Phương là giáo viên giảng dạy Tổ hợp Khoa học - Tự nhiên của trường để tư vấn thêm.

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê Minh Phương, hai em bắt tay vào thực hiện nghiên cứu kỹ thuật, khảo sát công nghệ, vật liệu và môi trường thực tế. Sau 3 tháng nghiên cứu, Trinh và Thúy chế tạo thành công hai mô hình gồm: Công viên mini và tấm gạch lát sàn minh họa tiềm năng thu năng lượng từ bước chân. Mỗi mô hình được xây dựng với chi phí thấp, dễ triển khai và phù hợp các điều kiện thực tế.

Em Phạm Thị Thùy Trinh cho biết, mô hình “Tạo điện năng từ những bước chân” dựa trên nguyên lý áp điện, sử dụng cảm biến loa gốm (cảm biến rung piezoelectric) để chuyển đổi cơ năng thành điện năng. Mô hình bao gồm: Tấm sàn áp điện được cấu tạo từ nhiều đĩa loa gốm được mắc nối tiếp hoặc song song nhằm tối ưu hóa quá trình thu năng lượng. Hệ thống chỉnh lưu và lưu trữ điện năng gồm mạch chỉnh lưu để chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) từ cảm biến thành dòng điện một chiều (DC), sau đó tích trữ vào pin sạc hoặc tụ điện. Thiết bị tiêu thụ năng lượng, hệ thống điện năng tạo ra sẽ được thử nghiệm với đèn led, cảm biến IoT hoặc sạc pin 18650 để đánh giá hiệu suất hoạt động.

Về nguyên lý hoạt động, khi có lực tác động (bước chân hoặc áp lực khác), cảm biến loa gốm sẽ tạo ra một điện áp. Dòng điện xoay chiều (AC) từ cảm biến sẽ được mạch chỉnh lưu chuyển đổi thành dòng điện một chiều (DC). Nguồn điện này sẽ được lưu trữ vào pin hoặc tụ điện và có thể được sử dụng để cấp năng lượng cho đèn led hoặc các thiết bị tiêu thụ nhỏ, sạc pin điện thoại.

Theo nhóm nghiêm cứu, hiệu suất chuyển đổi năng lượng thu được từ bước chân có thể vượt trội so với pin mặt trời, đặc biệt trong điều kiện thời tiết không thuận lợi. Để hình dung, một tấm pin 5V với dòng điện 50mA (cùng kích thước với tấm sàn) có thể phải sạc 4 ngày liên tục để đầy pin điện thoại. Tuy nhiên, công nghệ thu năng lượng từ bước chân thông qua dẫm lên tấm gạch lắp thiết bị thu năng lượng chỉ cần 200 người chạy bộ, mỗi người dẫm lên viên gạch 5 lần đã tạo ra 1.000 đơn vị năng lượng. Với 500 viên gạch như vậy và tổng cộng 500.000 bước chân có thể tạo ra năng lượng đủ để sạc đầy 5 chiếc điện thoại chỉ trong 3 - 4 giờ.

Hướng tới Cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia

Thầy giáo Lê Minh Phương (giảng dạy Tổ hợp Khoa học - Tự nhiên Trường Tiểu học và Trung học cơ sở Võ Nguyên Giáp) chia sẻ, điểm mới của dự án là sử dụng vật liệu loa gốm để chuyển hóa cơ năng thành điện năng. Đây là một hướng tiếp cận sáng tạo. Phương pháp này chưa phổ biến rộng rãi, đồng thời tận dụng đặc tính cơ điện tốt, giá thành thấp và vật liệu có khả năng sản xuất dễ dàng. Không chỉ tạo ra năng lượng từ bước chân, dự án còn thiết kế hệ thống lưu trữ năng lượng trong pin và tụ điện, đảm bảo sử dụng lâu dài và hiệu quả cho các thiết bị nhỏ như đèn led hoặc sạc pin điện thoại.

Mô hình này được thiết kế để khai thác tối đa năng lượng thu được từ bước chân, phù hợp với những khu vực đông người qua lại như trường học, trung tâm thương mại, công viên, phố đi bộ. Tấm sàn thu năng lượng bước chân có thể lắp đặt linh hoạt ở nhiều vị trí khác nhau, cơ chế hoạt động đơn giản, chỉ cần tác động lực nhấn là có thể tạo ra điện năng. Thậm chí, khi được lắp đặt dưới mặt đất, tấm sàn còn có khả năng tận dụng năng lượng từ những rung động do xe cộ hoặc âm nhạc gây ra. Nhờ hệ thống lò xo tích hợp, tấm sàn sẽ tự động rung chuyển và tạo ra điện năng, góp phần biến những chuyển động hằng ngày thành nguồn năng lượng hữu ích.

Cô Lê Ngọc Diệp, Phó Hiệu trưởng Trường Tiểu học và Trung học cơ sở Võ Nguyên Giáp đánh giá cao ý tưởng sáng tạo của hai em Phạm Thị Thùy Trinh và Nguyễn Thị Thanh Thúy. Dự án "Tạo điện năng từ những bước chân" không chỉ thể hiện khả năng vận dụng kiến thức đã học, mà còn là kết quả của quá trình tìm tòi, nghiên cứu tài liệu và nỗ lực của các em dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Lê Minh Phương.

Kinh nghiệm từ quá trình nghiên cứu và chế tạo mô hình là hành trang quý giá cho Thùy Trinh và Thanh Thúy. Sau thành công tại Cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp tỉnh, các em tiếp tục dành thời gian cải tiến thiết kế, tích hợp thêm nhiều tính năng để hoàn thiện dự án, hướng tới Cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh trung học năm học 2024 - 2025 tổ chức tại Thành phố Hồ Chí Minh vào tháng 3/2025.