Cuộc thi “Thử thách Sáng tạo 4.0" của Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải (UTT) không chỉ là một hoạt động phong trào mà là bước đi cụ thể nhằm xây dựng hệ sinh thái đổi mới sáng tạo trong nhà trường, gắn kết chặt chẽ giữa học thuật và thực tiễn.
Tại Ngày hội Demo sản phẩm - Vòng 2 Cuộc thi “Thử thách Sáng tạo 4.0", vượt qua hơn 1300 ý tưởng và gần 100 sản phẩm demo, dự án “Bộ điều khiển bay (Flight Controller) cho drone” đã xuất sắc giành giải Nhất, đồng thời nhận mức hỗ trợ 150 triệu đồng từ phía nhà trường.
Từ đam mê drone đến giấc mơ logistics tầm thấp
Trao đổi với phóng viên Tạp chí điện tử Giáo dục Việt Nam, em Trần Đức Mạnh - Đại diện nhóm ý tưởng “Bộ điều khiển bay (Flight Controller) cho drone” (sinh viên lớp 74DCDT24, ngành Công nghệ kỹ thuật điện tử - viễn thông) bày tỏ: “Em vô cùng tự hào khi biết nhóm đạt giải Nhất và nhận mức hỗ trợ 150 đồng từ nhà trường. Niềm tự hào này không chỉ là với bản thân em mà lớn hơn là về cả nhóm vì mọi người đã cùng nhau cố gắng. Em cũng vô cùng biết ơn sự giúp đỡ, định hướng của các thầy cô hướng dẫn. Dự án của chúng em được Tiến sĩ Vũ Đức Tuấn (phòng Đào tạo) và Thạc sĩ Ngô Thị Thu Tình (khoa Công nghệ thông tin) trực tiếp hỗ trợ. Bên cạnh đó, nhóm còn có sự đồng hành của Câu lạc bộ UAV (Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải) và Nhóm kỹ thuật UAV (Học viện Hàng không Việt Nam).
Ban đầu, chúng em triển khai dự án để vừa học hỏi kinh nghiệm, vừa rèn luyện kỹ năng thực tế nhưng càng làm, nhóm càng nhận ra đây là một dự án có tiềm năng phát triển lâu dài, thậm chí có thể trở thành hướng đi nghề nghiệp của từng thành viên trong đội, nhất là trong bối cảnh công nghệ drone đang phát triển rất sôi động tại Việt Nam”.
Em Trần Đức Mạnh cho biết, điểm nổi bật của ý tưởng “Bộ điều khiển bay (Flight Controller) cho drone” nằm ở tính ứng dụng và khả năng đi xa trong lĩnh vực logistics bằng đường không tầm thấp.
Để triển khai dự án ở quy mô thực tế chắc chắn sẽ đòi hỏi mức đầu tư tương đối lớn về thiết bị, hạ tầng và công nghệ điều khiển. Tuy nhiên, khi được tiếp tục hoàn thiện và đưa vào vận hành, nhóm tin rằng đây là hướng đi có nhiều tiềm năng trong bối cảnh giao thông tầm thấp tại Việt Nam đang mở ra không gian phát triển rất rộng.
Chia sẻ về quá trình phát triển ý tưởng, em Trần Đức Mạnh cho hay: "Thuận lợi lớn của nhóm đến từ yếu tố con người. Các thành viên đều có chung niềm đam mê với drone nên dễ dàng phối hợp và nhanh chóng bắt nhịp trong quá trình làm việc. Bên cạnh nền tảng kiến thức cơ bản tương đồng, một số thành viên còn có chuyên môn sâu hơn ở từng mảng kỹ thuật, qua đó giúp việc phân chia nhiệm vụ và triển khai dự án diễn ra hiệu quả.
Một thuận lợi khác là sự hỗ trợ tích cực từ phía nhà trường, ngay từ vòng đầu của cuộc thi, nhóm đã được hỗ trợ kinh phí để triển khai những phiên bản thử nghiệm đầu tiên. Cùng với đó, đội ngũ giảng viên, Câu lạc bộ UAV (Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải) và Nhóm kỹ thuật UAV (Học viện Hàng không Việt Nam) luôn đồng hành sát sao, hỗ trợ nhóm trong cả định hướng chuyên môn lẫn quá trình hoàn thiện sản phẩm.
Tuy vậy, quá trình hiện thực hóa dự án cũng đi kèm với nhiều thách thức. Đã có những thời điểm cả nhóm phải làm việc xuyên đêm để xử lý các vấn đề kỹ thuật và tổ chức các buổi bay thử nghiệm. Trong điều kiện còn nhiều hạn chế, đặc biệt về môi trường kiểm tra và hiệu chỉnh, các thành viên vẫn luôn kiên trì bám sát từng chi tiết của hệ thống. Chính tinh thần không bỏ cuộc trước khó khăn đã trở thành động lực để nhóm tiếp tục hoàn thiện dự án và tiến xa hơn trên hành trình nghiên cứu, sáng tạo".
Đại diện nhóm ý tưởng thông tin, trước khi cùng nhau triển khai dự án, nhiều thành viên đã có nền tảng từ các dự án cá nhân liên quan đến drone. Bản thân giảng viên hướng dẫn cũng là người có kinh nghiệm thực tiễn trong lĩnh vực này, tạo thêm lợi thế cho nhóm trong quá trình phát triển sản phẩm.
Dù không trực tiếp chuyên sâu về drone, thế mạnh của em Trần Đức Mạnh nằm ở thiết kế mạch điều khiển, có thể nhanh chóng chuyển hóa kỹ năng sẵn có sang bài toán điều khiển drone.
Chính kinh nghiệm từ các dự án cá nhân trước đây đã tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm quá trình triển khai thực tế. Các thành viên hiểu rõ quy trình làm việc của một dự án kỹ thuật, từ phân tích yêu cầu, phân chia nhiệm vụ đến thử nghiệm và tối ưu hệ thống.
Bên cạnh đó, những trải nghiệm tích lũy từ trước giúp các thành viên có thể áp dụng ngay vào dự án mới mà không phải mất nhiều thời gian tìm hiểu từ kiến thức cơ bản. Nhờ vậy, nhóm có thể bắt tay vào nghiên cứu và phát triển ngay từ đầu, đồng thời duy trì được tốc độ vừa học, vừa làm nhanh và hiệu quả hơn.
Giải bài toán tự cân bằng để tiến gần drone giao hàng thực tế
Trong quá trình hiện thực hóa ý tưởng, nền tảng đào tạo của ngành Công nghệ kỹ thuật điện tử - viễn thông đã phát huy vai trò như một trụ cột chuyên môn quan trọng đối với em Trần Đức Mạnh. Các kiến thức về thiết kế hệ thống điện tử, từ xây dựng sơ đồ nguyên lý, thiết kế PCB đến phát triển phần cứng nhúng trên nền vi điều khiển, đã tạo điều kiện để nhóm chủ động triển khai kiến trúc phần cứng của hệ thống một cách bài bản.
Bên cạnh đó, kiến thức lập trình ứng dụng cũng tạo ra lợi thế quan trọng. Mặc dù không đi theo chiều sâu chuyên biệt như một số ngành thiên về khoa học máy tính, sinh viên điện tử - viễn thông vẫn được trang bị nền tảng lập trình đủ mạnh để giải quyết các bài toán điều khiển, xử lý tín hiệu và tích hợp hệ thống nhúng trong thực tế.
Đồng thời với kiến thức về linh kiện điện tử, lý thuyết mạch, kỹ thuật đo lường và truyền thông số đã được nhóm vận dụng trực tiếp trong quá trình thiết kế và tối ưu hệ thống. Đặc biệt, các học phần liên quan đến chuẩn kết nối, giao thức truyền dữ liệu và kỹ thuật truyền sóng giữ vai trò thiết yếu trong việc bảo đảm khả năng liên lạc ổn định giữa drone và trạm điều khiển mặt đất, qua đó nâng cao tính đồng bộ, độ tin cậy và hiệu quả vận hành của toàn bộ giải pháp.
Trên cơ sở nghiên cứu và phát triển thành công bộ điều khiển bay, nhóm từng bước chuyển sang giai đoạn cao hơn là thiết kế hệ thống drone vận chuyển logistics với cấu trúc vận hành tích hợp. Đây là bước phát triển tất yếu, bởi bộ điều khiển bay không chỉ bảo đảm sự ổn định của phương tiện mà còn là nền tảng để triển khai các chức năng tự động hóa ở cấp hệ thống.
Chia sẻ về mô hình vận hành 3 lớp của giải pháp, em Trần Đức Mạnh cho biết: "Ở lớp thứ nhất - Chuyến bay ưu tiên, nhóm hiện tập trung phát triển hệ thống phần mềm phục vụ bay tự động, cho phép thiết lập điểm đi và điểm đến để drone có thể di chuyển từ điểm A đến điểm B theo lộ trình tối ưu.
Dù tại phần demo, drone vẫn được điều khiển thủ công nhưng nhóm đủ tự tin về khả năng sớm triển khai chế độ bay tự động trong giai đoạn tiếp theo. Song song với đó, chúng em cũng đã bước đầu hoàn thiện các tính năng như cảnh báo trạng thái theo thời gian thực và tính toán lộ trình ưu tiên với thời gian ngắn nhất.
Ở lớp thứ hai - Hộp hàng thông minh, nhóm bắt đầu chuyển sang giai đoạn thiết kế hộp hàng cùng các phương thức xác nhận khi giao, nhận nhằm bảo đảm tính an toàn và chính xác cho đơn hàng.
Trong khi đó, lớp thứ ba - Theo dõi và xác nhận, nhóm đang dần hoàn thiện ý tưởng xây dựng giao diện dành cho cả người dùng lẫn đơn vị vận hành. Nền tảng này sẽ cho phép hai bên cùng theo dõi trạng thái drone, kiểm soát lộ trình và xác nhận quá trình giao nhận theo thời gian thực".
Hiện tại, nhóm đang triển khai đồng thời lớp thứ nhất và lớp thứ hai, sẽ tiếp tục phát triển lớp thứ ba trong tương lai. Mục tiêu cho bản demo tiếp theo là thực hiện thành công một chuyến giao hàng thử nghiệm trong khuôn viên trường.
Kịch bản mà nhóm hướng tới là thiết lập các trạm mặt đất và điểm hạ cánh cố định giữa các tòa nhà, chẳng hạn từ tòa A đến tòa B. Khi đó, người dùng tại điểm gửi chỉ cần đặt vật phẩm vào hộp hàng thông minh, hệ thống sẽ tự động kích hoạt chuyến bay. Drone sau đó có thể cất cánh từ điểm A, di chuyển theo lộ trình được thiết lập sẵn và tự động hạ cánh tại điểm B, nơi người nhận lấy hàng.
Chia sẻ về thách thức kỹ thuật lớn nhất khi xây dựng sản phẩm demo, em Trần Đức Mạnh cho rằng khó khăn không nằm ở phần cứng mà chủ yếu đến từ bài toán phần mềm điều khiển và tối ưu khả năng vận hành tự động.
Với nền tảng kỹ thuật hiện có, nhóm tương đối tự tin trong việc xử lý các vấn đề liên quan đến phần cứng. Rào cản lớn hơn nằm ở nguồn lực tài chính để mở rộng quy mô thiết bị. Trong khi đó, thách thức thực sự về công nghệ lại tập trung ở phần mềm, đặc biệt là khả năng tự cân bằng của drone trong quá trình bay.
Nam sinh cho biết chỉ riêng việc xây dựng thuật toán để drone có thể giữ trạng thái ổn định khi cất cánh, di chuyển và hạ cánh đã là một bài toán rất khó. Trong quá trình thử nghiệm, đã có khoảng 10 lần thiết bị bị rơi, nhưng mỗi lần thất bại lại giúp nhóm hiểu rõ hơn về các thông số cần hiệu chỉnh.
Nam sinh bày tỏ: "Bài toán phần mềm không chỉ dừng ở khả năng tự cân bằng mà còn là việc làm sao để hệ thống đạt được độ tối ưu cao nhất về tốc độ phản hồi và độ ổn định khi vận hành thực tế. Với nhóm, phương pháp hiệu quả nhất để giải quyết là liên tục thử nghiệm thực tế, chấp nhận thất bại nhiều lần để từng bước tìm ra cấu hình và thuật toán phù hợp nhất".
Tiếp tục nhận được sự hỗ trợ ươm tạo từ Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải, cùng sự đồng hành định hướng chuyên môn của Câu lạc bộ UAV (Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải) và Nhóm Kỹ thuật UAV (Học viện Hàng không Việt Nam), nhóm nghiên cứu đang từng bước hoàn thiện và nâng cấp bộ điều khiển bay (Flight Controller) cho drone - công nghệ được xem là một trong những nền tảng cốt lõi và mang ý nghĩa chiến lược trong lĩnh vực hàng không không người lái.
Không chỉ mở ra tiềm năng lớn cho sự phát triển của kinh tế tầm thấp, công nghệ này còn góp phần tạo dựng nền tảng kỹ thuật quan trọng, hướng tới mục tiêu làm chủ công nghệ và nâng cao năng lực tự chủ cho đất nước.
Trong thời gian tới, nhóm sẽ tiếp tục đẩy mạnh nghiên cứu, phát triển Flight Controller trên các nền tảng chip xử lý và hệ cảm biến cao cấp hơn, qua đó đưa hệ thống tiến gần hơn tới khả năng ứng dụng thực tiễn. Các hạng mục ưu tiên bao gồm kéo dài thời gian bay, nâng cao năng lực cảm biến và gia tăng tải trọng hàng hóa mà drone có thể mang theo.
Không dừng lại ở nâng cấp phần cứng, nhóm còn tập trung cải tiến phần mềm điều khiển để gia tăng độ ổn định chuyến bay, tối ưu năng lực điều hướng và nâng cao hiệu quả giao hàng tự động. Sự kết hợp đồng bộ giữa phần cứng tiên tiến và phần mềm thông minh sẽ là chìa khóa quan trọng, đưa dự án tiến nhanh hơn tới giai đoạn thử nghiệm thực tế và mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong tương lai.
