Sinh viên Đại học Công nghiệp Hà Nội chế tạo robot LumiЯ tích hợp AI hỗ trợ người khiếm thị

Trong một thế giới mà gần như mọi thứ đều được thiết kế cho người nhìn thấy, thì mỗi bước đi của người khiếm thị luôn tiềm ẩn vô số rủi ro: từ vỉa hè lồi lõm, nắp cống mất nắp, bậc thềm bất ngờ, đến những vật cản “tạm bợ” như xe máy dựng tràn lan, bảng quảng cáo lấn chiếm, hàng rong chiếm lối đi. Những thứ tưởng như rất nhỏ với người sáng mắt lại có thể là nguyên nhân của một cú ngã, một chấn thương, thậm chí là nỗi ám ảnh kéo dài.

Từ trăn trở đó, nhóm sinh viên Khoa Tự động hóa, Đại học Công nghiệp Hà Nội đã bắt tay thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo robot trợ lý hỗ trợ người khiếm thị”, với sản phẩm là robot LumiЯ - một “người bạn đồng hành” thông minh, mang theo thông điệp rất rõ ràng: dùng công nghệ để mở thêm một nguồn sáng mới cho những người đang sống trong bóng tối.

Tên gọi LumiЯ không chỉ là một cách đặt tên, mà ẩn sau đó là cả một dụng ý. “Lumi” gợi nhắc tới “Lumière” trong tiếng Pháp, nghĩa là ánh sáng; chữ “R” là viết tắt của Robot, được cách điệu theo kiểu viết ngược, như một dấu nhấn về công nghệ. Nhóm mong muốn LumiЯ sẽ là “ánh sáng dẫn đường” cho người khiếm thị, nhưng không phải ánh sáng theo nghĩa thị giác, mà là ánh sáng của công nghệ, của những thuật toán, cảm biến và bản đồ số.

Dự án nghiên cứu được triển khai bởi nhóm các sinh viên Đại học Công nghiệp Hà Nội gồm Nguyễn Văn Tình (Trưởng nhóm), Trần Mạnh Hiếu, Hoàng Văn Tú và Nguyễn Đình Sơn dưới sự hướng dẫn của TS. Bùi Tiến Sơn. Đây là cấu trúc quen thuộc của một dự án nghiên cứu khoa học của sinh viên, nhưng câu chuyện phía sau lại mang màu sắc rất riêng: sinh viên ngành kỹ thuật, vốn thường gắn với máy móc, dây dẫn, thuật toán, nay chủ động chọn một đối tượng thụ hưởng rất cụ thể là người khiếm thị, một trong những nhóm yếu thế dễ bị bỏ quên trong quá trình phát triển công nghệ.

Ngay từ bước xây dựng mục tiêu, nhóm đã đặt ra yêu cầu tương đối tham vọng: không chỉ dừng ở một mô hình minh họa, LumiЯ phải là một hệ thống robot di động có khả năng di chuyển tự hành, phát hiện và cảnh báo chướng ngại vật, hỗ trợ người khiếm thị di chuyển trong môi trường trong nhà và ngoài trời, đồng thời có tiềm năng phát triển lên các phiên bản thương mại trong tương lai. Bên cạnh mục tiêu hỗ trợ người khiếm thị, nhóm còn định hướng LumiЯ có thể đảm nhiệm vai trò “lễ tân thông minh” trong trung tâm thương mại, khu vui chơi, hay một “người bạn công nghệ” tương tác với trẻ em thông qua màn hình cảm ứng.

Trưởng nhóm, sinh viên Nguyễn Văn Tình, lớp 2023DHDKTD01, Khoa Tự động hóa, Trường Điện - Điện tử, Đại học Công nghiệp Hà Nội chia sẻ rất chân thành về lý do bắt tay vào một dự án nghiên cứu vừa khó về công nghệ, vừa khó về ý nghĩa xã hội:

Về bản chất, LumiЯ được xây dựng như một robot di động tích hợp đa cảm biến. “Thần kinh cảm biến” của robot là sự kết hợp giữa nhiều loại cảm biến khác nhau: LiDAR để quét không gian xung quanh theo dạng 2D hoặc 3D, cảm biến siêu âm và hồng ngoại để đo khoảng cách và phát hiện chướng ngại vật ở tầm gần, kết hợp với GPS để định vị trong môi trường ngoài trời. Dữ liệu từ các cảm biến này liên tục được truyền về bộ điều khiển trung tâm, nơi các thuật toán xử lý tín hiệu và trí tuệ nhân tạo phân tích, tổng hợp và đưa ra quyết định di chuyển.

Nếu ví LumiЯ như một cơ thể sống, thì cảm biến là mắt và tai, còn bộ xử lý và thuật toán là não. “Bộ não” này có nhiệm vụ hợp nhất dữ liệu (sensor fusion), loại bỏ nhiễu, đánh giá mức độ nguy hiểm của từng chướng ngại vật và lập kế hoạch đường đi phù hợp. Robot không chỉ cần biết “có vật cản phía trước”, mà còn phải xác định nên dừng lại, rẽ trái, rẽ phải hay lùi lại bao nhiêu để đảm bảo an toàn mà vẫn giữ được hành trình của người dùng.

Trở ngại lớn nhất là người khiếm thị không thể dựa vào thông tin hình ảnh, nên robot phải “dịch” toàn bộ những phân tích phức tạp đó thành những tín hiệu đơn giản, dễ hiểu. Nhóm quyết định tập trung vào hai kênh phản hồi chính: âm thanh và rung. Khi gặp vật cản ở khoảng cách nguy hiểm, robot sẽ phát âm báo hoặc rung với cường độ tăng dần, kết hợp với thông báo hướng rẽ. Những thông tin như “phía trước có vật cản, xin hãy rẽ phải” được hệ thống chuyển thành tín hiệu rõ ràng, tránh dài dòng, nhằm giảm gánh nặng nhận thức cho người sử dụng.

Ở giai đoạn đầu, nhóm đặt ra một số mốc kỹ thuật quan trọng để kiểm chứng tính khả thi: robot phải di chuyển ổn định trên địa hình phẳng, phát hiện được chướng ngại vật ở khoảng cách khoảng một mét để có đủ thời gian xử lý, độ trễ phản hồi của hệ thống cảm biến không được vượt quá vài trăm mili giây, và thời gian hoạt động liên tục sau mỗi lần sạc phải đủ dài để đảm bảo robot có thể đồng hành cùng người dùng suốt một buổi di chuyển. Các thông số này không chỉ là con số trên giấy, mà đi liền với quyết định lựa chọn loại cảm biến, cấu hình xử lý, dung lượng pin và giải pháp tối ưu tiêu thụ điện năng.

Song song với việc hoàn thiện khả năng di chuyển tự hành và nhận biết môi trường, nhóm nghiên cứu đã phát triển LumiЯ theo hướng trở thành một trợ lý giao tiếp thực thụ. Robot được tích hợp mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) như ChatGPT, cho phép hiểu và phản hồi ngôn ngữ tự nhiên, giao tiếp bằng giọng nói, ghi nhớ thông tin và tương tác thân thiện như một người bạn đồng hành. Nhờ đó, LumiЯ không chỉ là thiết bị dẫn đường mà có thể trò chuyện, giải thích tình huống xung quanh, trả lời câu hỏi, đặt lịch hẹn, nhắc nhở thời gian dùng thuốc hay thậm chí mô tả không gian cho người dùng khiếm thị theo cách họ dễ tiếp nhận nhất.

Một điểm nâng cấp thực tiễn khác của LumiЯ là robot được thiết kế thêm khay đựng vật dụng với tải trọng tối đa khoảng 5 kg, cho phép người dùng mang theo đồ cá nhân mà không cần xách tay hay đeo balo. Với người khiếm thị, việc phải cầm ô, xách làn, mang túi hay thu dọn nhiều đồ khi di chuyển ngoài đường luôn là một thách thức – chỉ một tay bị chiếm dụng cũng làm giảm khả năng phán đoán không gian, tăng nguy cơ va vấp và mất thăng bằng. Khay chứa của LumiЯ giúp giải phóng đôi tay cho người dùng, từ đó họ có thể tập trung vào cảm nhận mặt đường, tiếp nhận tín hiệu âm thanh - rung từ robot và di chuyển tự tin hơn. Tính năng này đặc biệt hữu ích trong các tình huống như đi siêu thị, đến cơ quan, mang sách vở hoặc các vật dụng cá nhân hằng ngày.

Một điểm đáng chú ý khác là LumiЯ được thiết kế theo hướng nền tảng mở. Các mô-đun cảm biến, điều khiển và giao tiếp được tách tương đối rõ, cho phép nâng cấp từng phần mà không phải thiết kế lại toàn bộ hệ thống. Sau khi dự án nghiên cứu kết thúc, chính hệ nền tảng này có thể được dùng để phát triển các biến thể robot khác: robot hỗ trợ người cao tuổi, robot dẫn đường trong bệnh viện, trung tâm thương mại, hay robot phục vụ giáo dục STEM cho học sinh. Nhờ cách tiếp cận đó, kết quả nghiên cứu không bị “đóng lại” sau nghiệm thu, mà có thể tiếp tục sống, tiếp tục phát triển trong các khóa sau, nhóm sau.

Theo kế hoạch, đề tài được triển khai trong thời gian không dài, chỉ hơn một tháng rưỡi. Khoảng thời gian này được chia thành chuỗi công việc liên hoàn: khảo sát các nghiên cứu trong và ngoài nước, xác định khoảng trống và hướng tiếp cận riêng; xây dựng yêu cầu kỹ thuật của robot; lựa chọn linh kiện, cảm biến, thiết kế mô hình 3D; lập trình điều khiển, xử lý dữ liệu cảm biến; lắp ráp phần cứng, tích hợp hệ thống; thử nghiệm, hiệu chỉnh và hoàn thiện báo cáo, video mô phỏng. Với sinh viên, đó là một lịch trình vừa gấp, vừa đòi hỏi khả năng phân công và phối hợp nhóm chặt chẽ.

Ở góc độ nhà trường, nghiên cứu khoa học sinh viên luôn được xem là một “phòng thí nghiệm lớn” để rèn luyện tư duy nghiên cứu, tư duy hệ thống và kỹ năng làm việc nhóm. Thầy Bùi Tiến Sơn, Phòng Khoa học công nghệ, Đại học Công nghiệp Hà Nội chia sẻ thêm:

Về phía nhóm nghiên cứu, hành trình với LumiЯ là chuỗi ngày va chạm giữa kỳ vọng và những giới hạn rất thực tế. Máy tính không đủ mạnh để chạy các mô hình AI phức tạp, ngân sách hạn chế khiến việc lựa chọn cảm biến luôn phải cân nhắc giữa “tốt nhất” và “đủ dùng”, quá trình tích hợp nhiều khi gặp lỗi bất ngờ vào đúng lúc gần hoàn thiện. Tuy vậy, chính những va vấp đó lại tạo ra bước trưởng thành. Nguyễn Văn Tình thừa nhận:

Ý nghĩa của LumiЯ không chỉ nằm ở việc hỗ trợ một nhóm đối tượng cụ thể, mà còn gắn với những định hướng lớn hơn về xã hội và khoa học - công nghệ. Nếu được nghiên cứu và phát triển đến mức có thể đưa ra thị trường, robot trợ lý cho người khiếm thị sẽ góp phần giúp họ di chuyển chủ động hơn, tham gia nhiều hơn vào hoạt động xã hội, giảm sự phụ thuộc vào gia đình và người thân. Khi đó, “giá trị kinh tế” không chỉ đo được bằng doanh thu bán sản phẩm, mà còn đo bằng phần năng lực lao động, sự tự tin và chất lượng sống được phục hồi.

Ở bình diện khoa học công nghệ, quá trình phát triển LumiЯ là một bước tập dượt quan trọng để sinh viên Đại học Công nghiệp Hà Nội nói riêng và sinh viên các trường đại học nói chung tiếp cận những lĩnh vực cốt lõi của Cách mạng công nghiệp 4.0: ứng dụng cảm biến hiện đại, xử lý dữ liệu thời gian thực, trí tuệ nhân tạo, hệ thống nhúng, thiết kế giao diện người - máy. Đây cũng là điểm giao giữa kiến thức nhà trường và nhu cầu của doanh nghiệp, của xã hội, khi các công nghệ này đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, y tế, giao thông, dịch vụ thông minh.

Ở tầm chính sách, những nỗ lực như LumiЯ cũng là cách cụ thể hóa chủ trương của Đảng và Nhà nước về khuyến khích sinh viên nghiên cứu khoa học, khởi nghiệp và đổi mới sáng tạo. Nghị quyết về chủ động tham gia Cách mạng công nghiệp 4.0, Chiến lược phát triển khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo đến năm 2030, cùng các chương trình như Giải thưởng “Sinh viên nghiên cứu khoa học”, Đề án hỗ trợ học sinh, sinh viên khởi nghiệp… đều nhấn mạnh vai trò của trường đại học như cái nôi ươm mầm tài năng trẻ. Số, tên các nghị quyết,...

Nhìn rộng hơn, trong bối cảnh Việt Nam còn tương đối ít sản phẩm robot trợ lý hỗ trợ người khiếm thị, đặc biệt là những mô hình tích hợp đa cảm biến và AI với chi phí hợp lý, LumiЯ có thể được xem như một bước “mở đường”. Nó khẳng định rằng sinh viên Việt Nam hoàn toàn có thể tiếp cận và làm chủ các công nghệ mới, miễn là có môi trường thuận lợi, sự đồng hành của giảng viên và một chút dấn thân vì cộng đồng.

Khi nói về tương lai của LumiЯ, Nguyễn Văn Tình không giấu được sự kỳ vọng:

Từ một ý tưởng nhen lên trong những giờ học trên giảng đường Đại học Công nghiệp Hà Nội đến một sản phẩm robot trợ lý mang tính nhân văn, LumiЯ cho thấy sức mạnh của khoa học công nghệ khi được đặt đúng chỗ, bên cạnh những người dễ bị bỏ lại phía sau. Và có lẽ, “ánh sáng” mà LumiЯ mang đến không chỉ dành cho người khiếm thị, mà còn là nguồn cảm hứng để nhiều thế hệ sinh viên sau này tiếp tục bước vào con đường nghiên cứu vì cộng đồng, ở những lĩnh vực mới, với những giấc mơ còn dài hơn một đề tài khoa học.