“Nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot thông minh hình dáng giống người, hỗ trợ dạy tiếng Anh trong trường tiểu học” là sản phẩm do TS Lê Đình Sơn và cộng sự Học viện Kỹ thuật Quân sự nghiên cứu.

Robot có khả năng tương tác với con người

TS Lê Đình Sơn, Học viện Kỹ thuật Quân sự, chủ nhiệm đề tài cho biết, việc ứng dụng robot trong hệ thống giáo dục đã được nghiên cứu và triển khai tại nhiều quốc gia trên thế giới. Mặc dù vậy tại Việt Nam, việc triển khai robot trong hỗ trợ giáo dục trẻ em vẫn còn tương đối hạn chế.

Mục đích của nhóm là chủ thiết kế, chế tạo, điều khiển robot thông minh hình dáng giống người hỗ trợ dạy tiếng Anh cấp tiểu học trên cơ sở tích hợp các công nghệ tiên tiến như: Hệ điều hành robot (ROS), cơ điện tử, trí tuệ nhân tạo, hệ thống thông tin…

Để thiết kế, chế tạo robot thông minh hình dạng giống người cần phải giải quyết được hai vấn đề chính: Về thiết kế chế tạo hệ thống phần cứng cần giải quyết được các bài toán về cơ khí, điện, điện tử và điều khiển hệ thống. Robot phải có hình dáng bên ngoài thân thiện, giống người (chiều cao trung bình 110 – 150 cm), phù hợp với đối tượng tương tác là trẻ em bậc tiểu học…

Về phần mềm, robot cần phải đáp ứng các yêu cầu điều khiển chuyển động, xử lý các bài toán thực tế. Có nghĩa là robot phải thực hiện được trơn tru các bài toán điều khiển chuyển động của các bộ phận thuộc phần thân trên để mô phỏng cử động giống người cũng như chuyển động của phần đế để di chuyển linh hoạt với các chế độ tự động hoàn toàn, hoặc điều khiển bằng tay từ xa.

Hệ điều hành của robot phải đảm bảo hỗ trợ chạy ổn định các thuật toán xử lý và chương trình điều khiển, nhất là đảm bảo tính đồng bộ theo thời gian thực… Đặc biệt, nền tảng tri thức của robot phải phủ được nội dung theo chương trình dạy tiếng Anh của Bộ Giáo dục và Đào tạo đối với bậc tiểu học.

Để đáp ứng những yêu cầu nêu trên, TS Lê Đình Sơn và cộng sự đã nghiên cứu, thiết kế robot cao khoảng 1,27 m, nặng khoảng 40 kg, với phần thân trên giống người và phần thân dưới là một mô-đun di động.

Cụ thể, phần thân trên có tổng cộng 21 bậc tự do, bao gồm một thân trên; hai cánh tay, mỗi cánh tay có 6 bậc tự do; hai bàn tay, mỗi bàn tay có 3 bậc tự do; một đầu có 3 bậc tự do. Mô-đun di động có 3 bánh xe đa hướng để robot có thể di chuyển tự do trên mặt phẳng nằm ngang.

Các thiết bị có khối lượng lớn hầu hết được bố trí ở sàn mô-đun di chuyển để trọng tâm của robot ở vị trí thấp nhất, nhằm đảm bảo sự ổn định khi di chuyển. Phần khung kết cấu chính của robot được thiết kế bằng nhôm hợp kim, có khoét lỗ để giảm khối lượng. Các chi tiết ngoại hình, vỏ được thiết kế để có thể chế tạo bằng công nghệ in 3D.

Đưa vào trường học để thử nghiệm

Theo nhóm nghiên cứu, hệ thống cơ khí của robot được thiết kế bao gồm bộ khung kết cấu bên trong và các chi tiết vỏ bên ngoài (tạo hình dáng cho robot). Các chi tiết vỏ bên ngoài của robot đều được in 3D bằng nhựa ABS hoặc tương đương, đảm bảo độ bền, cơ tính cho robot. Riêng phần cánh tay của robot có thêm các chi tiết chịu lực.

Khung bên trong của robot làm bằng hợp kim nhôm, được chia thành các phần: Đế, thân dưới, thân trên và đầu. Tất cả các phần được tổ hợp thành những mô-đun riêng biệt, đảm bảo dễ dàng tháo lắp trong quá trình sản xuất, nâng cấp và sửa chữa.

Phần đế di động của robot gồm 3 cụm di chuyển độc lập, mỗi cụm bao gồm động cơ, hộp giảm tốc và bánh xe. Bánh xe sử dụng cho robot là bánh xe di chuyển đa hướng kiểu omni, đảm bảo khả năng di chuyển linh hoạt.

Các mô-đun phần mềm điều khiển chuyển động của robot được phát triển chủ yếu trên hệ điều hành ROS framework, cho phép tích hợp và quản lý khá linh hoạt mọi nguồn tài nguyên cũng như sự điều chỉnh của các khối chức năng.

Sản phẩm robot thông minh hình dáng giống người của đề tài đã được triển khai thử nghiệm ở Trường Tiểu học Nghĩa Tân, Trường liên cấp Tiểu học và Trung học cơ sở Ngôi Sao (Hà Nội), Trường Tiểu học Đức Xuân và một số trường khác trên địa bàn TP Bắc Kạn (tỉnh Bắc Kạn) nhằm hỗ trợ giáo viên và học sinh trong dạy và học tiếng Anh. Kết quả thử nghiệm, đánh giá tại các trường cho thấy, sản phẩm robot thông minh của đề tài đã đáp ứng tốt các tính năng, tham số kỹ thuật đặt ra.

Đối với giáo viên, việc sử dụng robot ngoài sự tiện lợi còn kích thích tính sáng tạo trong thiết kế bài giảng. Đối với học sinh, các em rất thích thú khi được tương tác với robot, làm quen với phần mềm máy tính…, giúp tăng khả năng thu hút của bài giảng và hiệu quả của buổi học.