Drone gieo mầm rừng: Giải pháp công nghệ hỗ trợ phục hồi rừng cho cộng đồng vùng núi

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và suy giảm diện tích rừng ngày càng nghiêm trọng, bài toán phục hồi hệ sinh thái tự nhiên trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Một nhóm sinh viên Trường ĐH Công nghệ, ĐHQGHN đã lựa chọn hướng đi táo bạo: ứng dụng công nghệ drone và hệ thống khí nén để xây dựng giải pháp gieo hạt phục hồi rừng trong điều kiện địa hình phức tạp.

Đề tài “Thiết kế, chế tạo máy bắn hạt khí nén tự động tích hợp drone phục vụ phục hồi rừng” do sinh viên Bùi Đức Mạnh và Nguyễn Văn Việt của Viện Hàng không Vũ trụ, Trường ĐH Công nghệ thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Thương và TS. Nguyễn Hoàng Quân. Đề tài kết hợp tư duy kỹ thuật hiện đại và bài toán môi trường thực tiễn, được Hội đồng Giám khảo đánh giá chất lượng, giàu tính mới và đạt giải Nhất tại Hội nghị Sinh viên nghiên cứu khoa học năm 2026 của Trường ĐH Công nghệ.

Từ bài toán thực địa đến ý tưởng drone gieo mầm chủ động

Ý tưởng nghiên cứu xuất phát từ thực tế phục hồi rừng tại các khu vực đồi núi, sườn dốc – nơi việc tiếp cận và gieo trồng truyền thống gặp nhiều hạn chế. Các phương pháp rải hạt hiện nay thường thiếu độ chính xác, phân bố không đồng đều và tỷ lệ nảy mầm thấp.

Từ góc nhìn kỹ thuật hàng không – vũ trụ, nhóm đặt ra một câu hỏi mang tính nền tảng: thay vì để hạt giống “phụ thuộc vào tự nhiên”, liệu có thể kiểm soát toàn bộ hành trình của hạt ngay từ khi rời thiết bị bay?

Từ đó, drone được tái định nghĩa không chỉ là phương tiện quan sát, mà trở thành một nền tảng gieo mầm chủ động, có khả năng tính toán và điều khiển quá trình phát tán hạt theo thời gian thực.

Sinh viên Bùi Đức Mạnh chia sẻ: “Chúng em muốn mỗi hạt giống khi được gieo xuống đều có xác suất sống cao nhất. Vì vậy, toàn bộ hệ thống được thiết kế để kiểm soát từ độ cao bay, lực bắn cho đến vị trí tiếp đất của hạt”.

Hệ sinh thái công nghệ khép kín: Drone – khí nén – dữ liệu thời gian thực

Điểm nổi bật của hệ thống là mô hình “ecosystem” khép kín, trong đó drone, cơ cấu bắn hạt khí nén và trạm điều khiển mặt đất (GCS) hoạt động đồng bộ và liên tục trao đổi dữ liệu.

Hệ thống sử dụng giao thức LoRa để truyền dữ liệu trong môi trường rừng núi, đảm bảo khả năng kết nối ổn định ở khoảng cách xa. Mọi thông số như độ cao bay, số lần bắn, trạng thái thiết bị đều được cập nhật theo thời gian thực về trạm điều khiển.

Bên cạnh đó, cảm biến ToF (Time of Flight) đóng vai trò quan trọng trong việc đo chính xác khoảng cách từ drone đến mặt đất. Dựa trên dữ liệu này, hệ thống cung cấp dữ liệu độ cao thời gian thực, hỗ trợ người vận hành chủ động điều phối thời điểm bắn và áp suất khí nén phù hợp, giúp tăng khả năng xuyên qua thảm thực vật và tiếp cận đất hiệu quả.

Một điểm sáng tạo khác là việc sử dụng “viên nén dinh dưỡng” (seed pellets), trong đó hạt giống được bao bọc bởi lớp vật liệu giàu dinh dưỡng, giúp tăng khả năng nảy mầm và thích nghi trong điều kiện tự nhiên khắc nghiệt.

Từ phòng thí nghiệm đến hiện trường: Thách thức kỹ thuật và giá trị liên ngành

Chia sẻ về đề tài, TS. Nguyễn Văn Thương – giảng viên hướng dẫn nhóm nghiên cứu cho biết: Điểm đáng ghi nhận của đề tài là cách tiếp cận liên ngành rất rõ nét. Các sinh viên không chỉ dừng lại ở việc chế tạo một thiết bị cơ khí, mà đã xây dựng cả một hệ thống tích hợp giữa cơ khí, điều khiển, truyền thông và yếu tố môi trường. Đây là hướng tiếp cận phù hợp với xu thế kỹ thuật hiện đại.

Theo TS. Thương, một trong những giá trị quan trọng của đề tài là sự chuyển dịch tư duy từ “thiết kế thiết bị đơn lẻ” sang “thiết kế hệ thống tích hợp”, nơi các thành phần có sự tương tác và phản hồi lẫn nhau theo thời gian thực.

Trong quá trình triển khai, nhóm sinh viên cũng đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật, đặc biệt là nhiễu điện từ (EMI) từ động cơ và bộ điều tốc ảnh hưởng đến cảm biến và đường truyền dữ liệu. Sau nhiều lần thử nghiệm, nhóm đã tối ưu lại thiết kế phần cứng, cải thiện khả năng chống nhiễu và ổn định hệ thống.

Khoảnh khắc đáng nhớ nhất đến từ lần thử nghiệm thực địa đầu tiên, khi toàn bộ hệ thống vận hành đồng bộ: dữ liệu độ cao, số lượng hạt và trạng thái bắn được hiển thị chính xác trên giao diện điều khiển theo thời gian thực, đánh dấu sự hoàn thiện bước đầu của mô hình nghiên cứu.

Hướng tới tương lai: Công nghệ phục hồi rừng thông minh

Không dừng lại ở mô hình thử nghiệm, nhóm đang tiếp tục phát triển hệ thống theo hướng module hóa, cho phép tích hợp linh hoạt lên nhiều loại drone khác nhau và phù hợp với đa dạng địa hình.

Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm dự kiến tích hợp trí tuệ nhân tạo và thị giác máy tính để tự động nhận diện khu vực đất trống cần phục hồi rừng. Nhóm định hướng hoàn thiện phần cứng bằng cách chuyển đổi hoàn toàn sang mạch in PCB chuyên nghiệp để thay thế dây nối, giúp hệ thống chịu được rung động cường độ cao trong môi trường lâm nghiệp, tích hợp AI và camera để nhận diện các vùng đất trống cần gieo hạt tự động. Nhóm cũng dự kiến tối ưu hóa khối lượng và khả năng tích hợp lên nhiều mẫu drone khác nhau. Về thương mại hóa, nhóm mong muốn phát triển sản phẩm thành một gói giải pháp công nghệ hoàn chỉnh, sẵn sàng cung cấp cho các đơn vị quản lý rừng để ứng dụng vào công tác tái thiết rừng quy mô lớn một cách hiện đại và khoa học.

Về dài hạn, hướng phát triển của đề tài là xây dựng một giải pháp công nghệ hoàn chỉnh có thể ứng dụng thực tiễn trong các chương trình phục hồi rừng quy mô lớn, góp phần hỗ trợ quản lý tài nguyên rừng theo hướng hiện đại, chính xác và bền vững.

Đề tài được giải Nhất tại hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học Trường ĐH Công nghệ, ĐHQGHN năm học 2026-2027

Từ một ý tưởng nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, đề tài đã mở ra cách tiếp cận mới cho bài toán phục hồi rừng – nơi công nghệ không chỉ hỗ trợ con người, mà trở thành một phần trong quá trình tái tạo hệ sinh thái. Đây cũng là minh chứng rõ nét cho năng lực nghiên cứu, sáng tạo và tư duy liên ngành của sinh viên Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN trong hệ sinh thái học thuật của ĐHQGHN.