Chứng kiến người thân bị đột quỵ, phải nằm một chỗ, Trần Trọng Bách - học sinh Trường THPT chuyên Hưng Yên cùng bạn bè chế tạo thiết bị chuột máy tính điều khiển bằng đầu.

Thao tác bằng cử chỉ đầu và lưỡi

Tại cuộc thi Olympic Sáng tạo và Phát minh thế giới (INNOVERSES 2023) diễn ra vào cuối tháng 8, dự án “HEAD - MOUSE: Chuột máy tính điều khiển bằng đầu” của nhóm học sinh tỉnh Hưng Yên đã vượt qua 1.500 dự án đến từ 30 quốc gia để giành Huy chương Vàng. Dự án do Phạm Trọng Bình, Trần Trọng Bách, Nguyễn Minh Tú, Nguyễn Mai Anh và cô Nguyễn Vũ Ánh Tuyết thực hiện.

Là học sinh lớp 11 Trường THPT chuyên Hưng Yên, Trần Trọng Bách đã chứng kiến người thân vốn là kiến trúc sư - luật sư tài năng, nhưng chỉ sau một cơn đột quỵ nay phải nằm một chỗ. Thương chú không thể sinh hoạt bình thường, Bách nhen nhóm ý tưởng về chuột máy tính có thể thao tác bằng các cử chỉ đầu và lưỡi.

Bách gặp và thảo luận ý tưởng cùng với người anh học khóa trên là Phạm Trọng Bình. Cả hai cùng “bắt tay” thực hiện ý tưởng này, trong đó, Trọng Bình được giao nhiệm vụ là trưởng nhóm. Đặc biệt, nhóm được sự giúp đỡ của ThS Nguyễn Vũ Ánh Tuyết, giáo viên Vật lý có nhiều năm kinh nghiệm hướng dẫn các thế hệ học sinh thực hiện nghiên cứu khoa học, giành được không ít giải thưởng trong nước lẫn quốc tế. Như được chắp thêm “đôi cánh”, Trọng Bình và Bách càng thêm phần quyết tâm, tự tin vào dự án của mình.

Từ tháng 8/2022, ba cô trò cùng nhau lên ý tưởng cho mô hình, thiết kế, thảo luận phương án lập trình cho sản phẩm. Trải qua hơn 8 tháng nghiên cứu, chế tạo, với ba phiên bản khác nhau, cô trò đã mang “HEAD - MOUSE” tham dự các cuộc thi Khoa học kỹ thuật từ cấp tỉnh đến quốc gia dành cho học sinh THPT năm học 2022 – 2023.

Sau đó, tháng 7/2023 nhóm “kết nạp” thêm hai thành viên mới là Nguyễn Minh Tú và Nguyễn Mai Anh. Các thành viên đã nâng cấp, cải tiến thêm nhiều tính năng, mang “HEAD - MOUSE” phiên bản tối ưu nhất vươn ra quốc tế tham dự cuộc thi INNOVERSES, tại thành phố Atlanta (Mỹ). Không phụ sự mong đợi, dự án này được ban tổ chức đánh giá cao. Đích thân ngài chủ tịch cuộc thi đến tận khách sạn thăm gặp nhóm nghiên cứu và bày tỏ sự quan tâm đến thiết bị cũng như mong muốn được hợp tác nghiên cứu, hỗ trợ phát triển sản phẩm.

Để chạm tới thành công, cô và trò đã gặp không ít khó khăn ngay từ những bước đầu khi thực hiện ý tưởng. Một trong những khó khăn lớn nhất với hai học sinh THPT là phải làm quen với ngôn ngữ lập trình C++ để lập trình cho các sensor (cảm biến) hoạt động đồng bộ hóa toàn bộ thiết bị, thiết bị nhận diện qua Bluetooth trên cảm biến ESP32 (hệ thống vi điều khiển trên chip) và cho ESP32 giao tiếp với máy tính theo chuẩn HID (human interface device) giúp máy tính nhận diện thiết bị như một con chuột hoặc bàn phím.

Thiết kế phần mềm do trưởng nhóm Bình phụ trách vì em có khả năng tiếng Anh tốt, có thể đọc hiểu các tài liệu về lập trình bằng tiếng Anh. Tuy nhiên, vì đây là kiến thức mới, em phải dành nhiều tuần liền nghiên cứu tài liệu, thực hành, học hỏi từ các hội nhóm.

Còn Bách đảm nhận thiết kế phần cứng, trong đó, khó khăn nhất là tạo ra sản phẩm có tính tiện dụng, nhỏ gọn, hoạt động ổn định lâu bền và thẩm mỹ cao. “HEAD - MOUSE” đã trải qua ba phiên bản nâng cấp trước khi tham gia kỳ thi.

Ban đầu, nhóm thiết kế sản phẩm dưới kính đeo mắt, sử dụng cảm biến hồng ngoại để nháy chuột và kết nối trực tiếp với máy tính. Tuy nhiên, một trong những nhược điểm lớn của sản phẩm là sử dụng mắt để nháy chuột khiến độ mượt của con trỏ chuột trên màn hình chưa cao.

Để khắc phục nhược điểm của phiên bản 1, nhóm thiết kế phiên bản 2 dưới dạng mũ đội đầu gồm 5 xương mũ với các khớp khóa bằng nhựa và được chế tạo bởi máy in 3D với chất nhựa PLA. Tuy nhiên, tính thẩm mỹ của phiên bản này không đạt yêu cầu, một số người dùng khi đội mũ cảm giác mặc cảm “tật nguyền” kém hòa nhập.

Nhóm kiên trì cho ra phiên bản 3, khắc phục mọi nhược điểm của 2 phiên bản trước đó. Sản phẩm được thiết kế với vật liệu composite sử dụng gia cường carbon. Đây là chất liệu nhẹ bền, dễ tạo hình, chỉnh kích thước và có tính thẩm mỹ cao. Ở phiên bản này, ba cô trò đồng thời tìm ra phương pháp thiết kế mạch in đảm bảo tính ổn định, nhỏ, gọn, có thể gá chặt vào gọng khung đeo đầu.

Trần Trọng Bách (trái) giới thiệu sản phẩm cho ban giám khảo tại cuộc thi INNOVERSES 2023.

Những mảnh ghép đa sắc màu

Đội “HEAD - MOUSE” lên đầu, chỉ qua cử động cổ là người sử dụng có thể di chuyển chuột toàn bộ màn hình máy tính. Sử dụng lưỡi đẩy “cần gạt”, người dùng có thể thao tác click chuột, kéo thả chuột... trên máy tính khi đã kết nối Bluetooth.

Ngoài ra, sản phẩm còn có thêm lựa chọn khác khi thiết kế nút cắn cơ học. Người sử dụng ngậm vào mồm sau đó điều chỉnh đến vị trí thích hợp, sử dụng răng để cắn click chuột trái, phải, giữ - rê chuột.

Sản phẩm được thử nghiệm thành công trên người khuyết tật vận động tay chân, trong đó điển hình là anh Thắng, sống tại Thái Nguyên. Anh bị tai nạn lao động phải cưa cụt cả tay lẫn chân. Hiện, anh sử dụng thiết bị để điều khiển con trỏ chuột máy tính phục vụ công việc bán hàng online, kiếm thêm thu nhập cho gia đình. Còn người thân của Bách cũng sử dụng “HEAD - MOUSE” tương đối thành thạo, có thể điều khiển chuột để soạn thảo văn bản, đồ họa...

Thiết bị cũng được thực nghiệm tại hai trung tâm khuyết tật của tỉnh Lâm Đồng và Hưng Yên, trên các bệnh nhân tai biến tại Bệnh viện Chấn thương chỉnh hình Thái Nguyên và nhận được đánh giá cao từ người sử dụng. “HEAD - MOUSE” cũng có thể áp dụng cho người cao tuổi nhờ ứng dụng công nghệ tích hợp hiện đại giúp bác sĩ và người thân theo dõi người bệnh từ xa.

Trực tiếp “đồng cam cộng khổ” cùng học trò, cô Tuyết chia sẻ: Mỗi thành viên của nhóm mang màu sắc khác nhau, góp phần làm nên sự thành công cho dự án. Bách là người lên ý tưởng. Em cũng dành nhiều thời gian và công sức sáng tạo thiết kế sản phẩm đảm bảo tính tối ưu lắp ghép các chi tiết thiết bị, đảm bảo tính tiện lợi, dễ sử dụng và thẩm mỹ cao. Còn Bình tập trung xây dựng phần mềm, phải mày mò tìm hiểu kiến thức về lập trình, trau dồi tiếng Anh để có thể làm trụ cột cho cả nhóm thuyết trình trên đấu trường quốc tế.

Minh Tú là cô gái nhỏ tuổi nhất trong đội. Thông minh, nhạy bén trong việc sử dụng thiết bị điện tử, Tú phối hợp cùng Mai Anh trình diễn và thuyết trình về các tính năng cũng như cách sử dụng thiết bị. Dù vào sau nhưng hai cô gái nhanh chóng theo kịp tiến độ và tạo nên nét mềm mại nữ tính cho nhóm nghiên cứu khoa học vốn tưởng khô khan.