Cao Quyết Thắng và Nguyễn Văn Hiếu đều là những sinh viên năm cuối, cùng chung niềm đam mê về nghiên cứu và hứng thú với chủ đề nông nghiệp công nghệ cao. Sản phẩm “Hệ thống tưới tiêu thông minh phạm vi rộng sử dụng điều khiển theo mô hình dự đoán” đã đạt giải Nhất tại hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học cấp trường và là một trong những sản phẩm tham gia hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học cấp ĐHQGHN.

    Chung sở thích nông nghiệp công nghệ cao

    Từ những năm thứ 3, Cao Quyết Thắng (khoa Công nghệ thông tin) và Nguyễn Văn Hiếu (khoa Điện tử viễn thông) đã cùng gặp nhau tại phòng nghiên cứu IoT của khoa Công nghệ thông tin. Sau một thời gian cùng nghiên cứu, cả hai đều nhận ra có chung niềm đam mê và hứng thú đối với lĩnh vực đang rất được chú trọng hiện nay là nông nghiệp công nghệ cao. Chia sẻ về sự quan tâm đối với nông nghiệp, Thắng bày tỏ, cả hai chúng em đều xuất phát từ vùng nông thôn nên được tiếp xúc và nhìn thấy công việc làm nông từ khi còn bé. Chúng em đều hiểu công việc này rất vất vả, năng suất phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố thiên nhiên. Vì vậy, chúng em mong muốn áp dụng những lý thuyết được học tập trong trường vào lĩnh vực nông nghiệp giúp đỡ cho bà con nông dân. Xuất phát từ những điểm chung như vậy, nên cả hai đã tham gia làm dự án chung từ hơn 1 năm trước và tham gia sinh viên nghiên cứu khoa học. Nhưng năm 2019, nhóm em chỉ được giải cấp khoa, nên năm nay cả hai cùng quyết tâm và cố gắng hết sức để giành được giải nhất đối với đề tài về lĩnh vực này, đồng thời cũng là lĩnh vực sở trường của cả hai. Nhóm thực hiện đề tài vì nông nghiệp là một ngành quan trọng ở Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ trong nông nghiệp nhằm tăng năng suất ngày càng được người dân quan tâm. Tuy nhiên những công nghệ được áp dụng thì đa số nhập từ nước ngoài, chi phí đầu tư lớn. Chúng em mong muốn sử dụng những kiến thức của mình đã học được để phát triển những công nghệ tương đương hoặc tốt hơn công nghệ ở nước ngoài nhưng chi phí phù hợp hơn ở Việt Nam.

Nhóm nghiên cứu cùng thầy hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Hoài Sơn hoàn thiện sản phẩm trước khi tham dự hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học cấp ĐHQGHN

    Nhận xét về đam mê và sở thích nghiên cứu khoa học của Cao quyết Thắng và Nguyễn Văn Hiếu, PGS.TS. Nguyễn Hoài Sơn cho biết, ngay từ ban đầu tham gia phòng thí nghiệm hai bạn đã đề xuất hướng nghiên cứu trong lĩnh vực nông nghiệp số. Sau đó, tôi đưa ra những định hướng cần quan tâm trong lĩnh vực này, để các bạn tự lựa chọn dựa trên sở thích của cả hai. Đối với nghiên cứu khoa học, cả hai sinh viên này đều có năng khiếu cùng niềm đam mê trong lĩnh vực này. Trong đó, Văn Hiếu đã có những kinh nghiệm nghiên cứu khoa học từ năm cấp ba.

    Trong lĩnh vực nông nghiệp công nghệ cao có nhiều hệ thống cần phát triển. Nhưng nhóm nghiên cứu nhận thấy hệ thống tưới tiêu thông minh là một bài toán đủ đơn giản để tiếp cận và làm thí nghiệm. Đồng thời, còn đủ phức tạp để tiến hành nghiên cứu những giải pháp hiệu quả và quan trọng nhất là áp dụng được trong thực tiễn.Bởi vì sản phẩm đưa ra giải pháp trong nông nghiệp giúp tưới tiêu hiệu quả hơn cho người nông dân, tiết kiệm chi phí và đảm bảo tính tự động hóa của hệ thống. Văn Hiếu cho biết hệ thống sẽ điều khiển tự động máy bơm để tưới nước cho các cánh đồng, từ đó độ ẩm đất được điều khiển theo cài đặt của người dùng và tiết kiệm tối đa nước tưới trong các nông trại quy mô lớn. Cách hoạt động của hệ thống được hiểu đơn giản là các trạm cảm biến sẽ gửi dữ liệu về máy chủ, tại đây việc tính toán các tham số điều khiển được xử lý bằng thuật toán chuyên dụng, sau đó máy chủ trả về cách điều khiển sao cho tối ưu lượng nước nhất có thể mà vẫn giữ được độ ẩm theo cài đặt.

    Cùng ăn, cùng ngủ với “đất” để nghiên cứu độ ẩm tạo ra sản phẩm mang tính liên ngành cao

    Trong quá trình nghiên cứu nhóm gặp không ít khó khăn trong phần thiết kế bo mạch, đặt mạch tự hàn bằng tay. Văn Hiếu chia sẻ về khó khăn, nhưng cũng là kỷ niệm khó quên trong quá trình nghiên cứu khoa học: “Do đặc thù độ ẩm của đất thay đổi rất lâu trong môi trường nên nhóm nghiên cứu mất nhiều thời gian cho việc thu thập các dữ liệu, đặc biệt là vào các tháng sau tết độ ẩm rất cao, nên chúng em phải kiên nhẫn để thu thập được mức giảm độ ẩm trong đất. Chưa kể, do ảnh hưởng của dịch Covid-19, chúng em đều không thể ra ngoài thực địa đo đạc mà phải bố trí thí nghiệm trong nhà, nên không tránh khỏi việc phải ăn ngủ với các mẫu đất để đo đạc các thông số. Ngoài ra, trong quá trình chế tạo hệ thống cũng tốn kém chi phí vì chỉ cần bị hỏng hoặc sai một số thành phần nhỏ trong hệ thống, khả năng sẽ phải thiết kế và đặt lại mạch điện hoặc thay thay mới linh kiện.Vì theo học ngành công nghệ thông tin, điện tử viễn thông thường chỉ tiếp xúc với máy móc nên việc phát triển hệ thống cho đối tượng nông nghiệp khiến chúng em rất bỡ ngỡ. Tuy nhiên để hoàn thành sản phẩm, nhóm nghiên cứu đã nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình và ủng hộ từ thầy hướng dẫn là PGS.TS. Nguyễn Hoài Sơn cùng các thầy/cô khoa Công nghệ nông nghiệp và Viện Di truyền nông nghiệp”.

Cao Quyết Thắng và Nguyễn Văn Hiếu (đứng thứ hai và thứ ba, bên trái ảnh) đạt giải nhất cuộc thi sinh viên nghiên cứu khoa học cấp trường và là 1 trong những đề tài được lựa chọn tham gia hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học cấp ĐHQGHN

    Nhóm nghiên cứu có hai thành viên nhưng lại có khả năng hỗ trợ, bổ sung kiến thức cho nhau, Quyết Thắng cho biết: “ngay khi tham gia phòng thí nghiệm vì mỗi bạn ở một khoa khác nhau, nên đã phân chia công việc theo điểm mạnh của bản thân. Bạn Văn Hiếu ở khoa ĐTVT có thế mạnh về phần cứng nên sẽ làm phần liên quan đến code nhúng và mạng, còn em làm những phần việc liên quan về xử lý dữ liệu, điều khiển. Trong suốt quá trình cùng nghiên cứu, học tập chúng em đã hỗ trợ và bổ sung kiến thức cho nhau rất nhiều khi làm những sản phẩm có tính chất liên ngành. Em học tập được ở Hiếu những kiến thức về các thiết bị phần cứng, mạch điện, các phương pháp điều khiển và xử lý tín hiệu, cách thức xử lý các lỗi trong mã nguồn nhúng. Còn đối với lĩnh vực về điện tử viễn thông và nhiều khi Hiếu cũng hỏi em về những kiến thức liên quan đến CNTT như một số giao thứ mạng ở tầng trên, thuật toán điều khiển… PGS.TS. Nguyễn Hoài Sơn khẳng định: “Nghiên cứu liên ngành đang trở thành xu hướng, các ngành có sự giao thoa, nên việc kết hợp liên ngành rất tốt. Đồng thời, định hướng nông nghiệp công nghệ số đang trở thành xu hướng mới trong tương lai. Vì vậy, việc nghiên cứu liên ngành giữa khoa Công nghệ nông nghiệp với các ứng dụng công nghệ của các khoa khác như Công nghệ thông tin, Điện tử viễn thông, Cơ kỹ  thuật, Điều khiển tự động hóa… đều rất cần thiết. Từ đó, sinh viên có thẻ phát huy thế mạnh và áp dụng lý thuyết vào thực tiễn”.

   Hiện nay trên thị trường hệ thống tưới tiêu có rất nhiều, nhưng giá thành không rẻ nên người nông dân khó tiếp cận, đồng thời yếu tố tiết kiệm lượng nước và điều khiển ở diện rộng thì các sản phẩm trên thị trường Việt Nam vẫn còn nhiều vấn đề cần nghiên cứu. Trong khi hai yếu tố đó chính là điểm nổi bật trong hệ thống của nhóm nghiên cứu. Vì vậy, nếu sản phẩm được nghiên cứu thành công thì người Việt đã nắm bắt được quy trình sản xuất và sẽ mang lại giá trị cho người nông dân nói riêng, đất nước nói chung. Thêm nữa, sản phẩm mang tính chất liên ngành nên sẽ có những điểm mạnh hơn trên thị trường hiện nay, thiết kế giải pháp truyền thông trong phạm vi rộng cho nông trại và cách thức điều khiển giúp tối ưu lượng nước tưới cho người dùng. Hệ thống có thể thu thập dữ liệu cảm biến và điều khiển một loạt các máy bơm trong một phạm vi rộng khoảng 2 km. Có thể sử dụng thông tin dự báo thời thời để đưa ra quyết định điều khiển thông qua phương pháp điều khiển mô hình dự đoán (MPC – Model Predictive Control).

    Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu vẫn muốn phát triển thêm giao diện người dùng, nâng cấp phương pháp điều khiển để thời gian tính toán nhanh hơn. Đồng thời, nhóm nghiên cứu cũng mong muốn các bạn sinh viên khóa sau có thể tiếp tục nghiên cứu và phát triển để có thể sớm mang hệ thống vào triển khai trong thực tiễn vì đây là sản phẩm có tính ứng dụng thực tiễn cao.

Tuyết Nga (UET-News)