Thiếu niên 15 tuổi phát minh ‘Rùa robot sinh học dưới nước’ đạt giải thưởng khoa học - công nghệ

Phát minh mới đoạt giải của Evan Budz, một học sinh trung học, được ứng dụng vào việc tẩy trắng san hô, các loài xâm lấn làm xáo trộn hệ sinh thái biển.

Rùa robot sinh học dưới nước kiểm tra các mối nguy hại sinh thái

Là người yêu thích leo núi, chèo thuyền và hoạt động ngoài trời, cậu học sinh trung học người Canada đến từ Burlington, Ontario. Khi Budz nhìn thấy con rùa đang bơi ở vùng nước gần đó, nên đã suy nghĩ đến dự án đam mê tiếp theo của mình, đó là sẽ làm một con rùa robot sinh học có thể giúp bảo vệ môi trường nước.

Ngay sau hôm đó, Budz đã tích cực nghiên cứu, chế tạo một sản phẩm công nghệ này.

“Cha mẹ tôi đã dạy tôi nguyên tắc rằng, ở bất cứ nơi nào tôi đến, tôi đều nên để lại nơi đó tốt hơn một chút so với lúc ban đầu tôi đến. Khi tôi nhìn thấy con rùa mai mềm, nó di chuyển rất duyên dáng, uyển chuyển và nhìn chung không gây xáo trộn môi trường xung quanh, tôi nghĩ sẽ rất thú vị nếu thử tái tạo lại động học bơi tự nhiên của nó thành một con robot động học”, Budz chia sẻ.

Để tạo ra chú rùa sinh học của mình, Budz bắt đầunghiên cứu cách di chuyển của loài bò sát này. Cậu xem các video về rùa biển bơi lội và trò chuyện với các chuyên gia tại thủy cung địa phương, tìm hiểu cách chúng sử dụng vây trước để đẩy mình về phía trước và chi sau để điều hướng. Sau đó, cậu sử dụng kiến ​​thức thiết kế bản 3D và bản có gắn điện tử để lên kế hoạch cho một nguyên mẫu trong phần mên Soliworks, một phần mềm thiết kế và kỹ thuật hỗ trợ máy tính (CAD) 3D. Từ bản thiết kết, cậu học sinh trung học bắt đầu tạo ra các bộ phận 3D của chú rùa robot của mình.

Bên cạnh việc mô phỏng chuyển động uyển chuyển của rùa biển xanh hoang dã dưới nước, thiết bị tự hành của Budz còn sử dụng trí tuệ nhân tạo để giám sát hệ sinh thái dưới nước nhằm phát hiện các mối đe dọa sinh thái, chẳng hạn như các loài xâm lấn và hiện tượng tẩy trắng san hô.

Budz cho biết: “Hầu hết các công nghệ dưới nước hiện nay đều có thể tạo ra những thứ như tiếng ồn từ chân vịt hoặc dòng nước áp suất rất cao, điều này có thể gây xói mòn môi trường".

Tuy nhiên, bằng cách bắt chước chuyển động của rùa biển, robot của Budz có thể di chuyển trong nước một cách vô hại, thu thập dữ liệu quan trọng mà không gây căng thẳng cho sinh vật biển hoặc làm tổn hại đến các môi trường sống nhạy cảm.

Robot này có tổng cộng bốn chân chèo—với hai chân chèo lớn hơn ở phía trước cung cấp lực đẩy chính và hai chân chèo nhỏ hơn ở phía sau chủ yếu được sử dụng để giữ thăng bằng và thay đổi hướng, giống như một con rùa thật. Nó cũng có một "thân" chính bằng ống acrylic để chứa các linh kiện điện tử, bao gồm cả máy vi tính Raspberry Pi.

Máy vi tính này chạy các mô hình trí tuệ nhân tạo để phát hiện các mối đe dọa từ môi trường, đồng thời ghi lại và truyền dữ liệu về hệ thống điều khiển. Ngoài ra, rùa sinh học này điều hướng trong nước bằng cách sử dụng nhiều cảm biến khác nhau. Chúng bao gồm một mô-đun GPS để theo dõi vị trí, cho phép robot đi theo một mô hình lưới được xác định trước.

Robot của Budz cũng có một camera phía trước để "quan sát" môi trường xung quanh, cùng với các cảm biến bổ sung ở bên ngoài để giúp điều khiển chú bò sát tự hành, kiểm soát độ sâu và kiểm tra các mối nguy hại sinh thái như vi nhựa và san hô bị tẩy trắng.

“Rùa robot sinh học dưới nước” đã giành một số giải thưởng lớn

Mặc dù chưa đặt tên chính thức, nhưng Budz vẫn gọi phát minh của mình là “BURT”, viết tắt của “Bionic Underwater Robotic Turtle” (Rùa Robot Sinh học Dưới nước). BURT có tỷ lệ kích thước thân và vây tương tự như một con rùa biển thật nhưng nhỏ hơn về tổng thể, cho phép nó di chuyển dễ dàng trong các môi trường khác nhau. Robot nặng khoảng 5 kg, phần lớn trọng lượng của robot là do kim loại thêm vào giúp nó chìm xuống để chú rùa BURT có thể giám sát độ sâu bên dưới mặt nước.

Budz nói: “Để đạt được trạng thái cân bằng trong nước, tôi cần con rùa phải nặng hơn lực đẩy đang nâng nó lên.”

BURT có thể bơi liên tục đến tám giờ mỗi lần sạc bằng pin lithium, mặc dù nó cũng có một tấm pin mặt trời có thể giúp nó hoạt động lâu hơn nữa. Hiện tại, Budz đã thiết lập cho rùa BURT bơi khoảng 0,5 dặm/giờ. Rùa cũng có thể thay đổi tần số dao động của vây, tặng hoặc tốc độ quẫy vây.

Rùa robot BURT được thiết lập để tuân theo một mô hình tìm kiếm đã được xác định trước, vì vậy không cần bất kỳ loại dây dẫn nào. Con rùa sinh học này quét vùng nước xung quanh thông qua camera gắn phía trước, tất cả dữ liệu được ghi lại sau đó được truyền về máy vi tính Raspberry Pi của nó. Theo thử nghiệm của gia đình Budz, robot BURT đã có thể phát hiện hiện tượng tẩy trắng san hô lặp lại với độ chính xác tới 96%.

Sau khi hoàn thành bản chính thức, Budz đã đưa rùa BURT vào các môi trường khác nhau để xem robot thực sự có thể lặn sâu đến mức nào. Để đối phó với vùng nước đặc biệt đục, Budz đã lắp đặt đèn ở phía trước robot và thêm một bộ chuyển đổi siêu âm, sử dụng sóng âm tần số cao để phát hiện các chướng ngại vật tiềm tàng.

Mặc dù Budz chế tạo robot của mình vì niềm đam mê, nhưng đã giành được một số giải thưởng lớn, bao gồm giải nhất tại Cuộc thi Khoa học trẻ Liên minh Châu Âu, được tổ chức tại Latvia năm 2025, và Hội chợ Khoa học Toàn quốc tại Canada, được chọn từ khoảng 25.000 đối thủ cạnh tranh.

Nguyễn Tuyết