PGS.TS Phạm Mạnh Thắng tại vườn thực nghiệm robot thu hoạch cà chua. Ảnh: VNU

Khi nền nông nghiệp đạt một số chuẩn nhất định về hạ tầng và những người quản lý nông trại quan tâm hơn đến việc tự động hóa thì robot sẽ trở thành một lựa chọn phổ biến giúp các trang trại nâng cao năng suất, giảm chi phí và giải quyết mối lo về nhân lực.

Khi đi thăm các trang trại và nhà kính công nghệ cao, PGS.TS Phạm Mạnh Thắng - chủ nhiệm Khoa Cơ học kỹ thuật và Tự động hóa, Trường ĐH Công nghệ (ĐH Quốc gia Hà Nội) - nhận thấy, các trang trại này đã áp dụng nhiều công nghệ chọn lọc và chăm sóc hiện đại để trồng cà chua, dưa chuột và hoa quả nhưng khâu thu hoạch vẫn thủ công. Ông nghĩ rằng mình có thể cải thiện vấn đề này.

Được sự hỗ trợ của Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ của ĐH Quốc gia Hà Nội, từ đầu năm 2021, nhóm nghiên cứu của PGS. Thắng đã bắt tay vào một đề tài nghiên cứu và thiết kế ra một loại robot có khả năng thu hái hoa quả tự động, hỗ trợ cho việc thu hoạch nông sản.

PGS.TS Phạm Mạnh Thắng cho biết, khác với bài toán robot truyền thống, việc chế tạo robot nông nghiệp có nhiều điểm phức tạp hơn. Ví dụ, trong một dây chuyền tự động hóa lắp ráp xe hơi truyền thống, mỗi kiểu xe sẽ có một kích thước, chiều dài, vị trí và các bộ phận xác định, thuận tiện cho việc điều khiển robot. Một robot vặn ốc hay lắp máy trên dây chuyền sẽ được lập trình để dùng chính xác dụng cụ tại cùng một vị trí trên mỗi chiếc xe cùng loại.

Nhưng đối với ngành nông nghiệp thì bài toán kích thước, vị trí sản phẩm lại thay đổi theo điều kiện tự nhiên, do đó việc điều khiển trở nên không lường trước được. Ngay cả trong nhà kính, nơi có điều kiện nhiệt độ, ánh sáng và độ ẩm được kiểm soát thì người ta cũng khó lòng biết chính xác khi nào cây ra quả để “lập trình” vị trí và thời gian cho robot tới thu hoạch. Điều này đòi hỏi các loại robot phải trở nên "thông minh" hơn để có thể phát hiện các loại trái cây và độ chín của nó.

Trong vòng 9 tháng, nhóm nghiên cứu của PGS. Thắng đã bước đầu chế tạo một robot có kích thước nhỏ gọn, có thể luồn qua các khe trống giữa 2 luống canh tác. Chúng được lắp đặt một hệ thống cảm biến để nhìn thế giới ở chế độ 3D đầy đủ và sử dụng một hệ thống học máy (ML) để phân tích, xử lý những dữ liệu thu thập được từ cảm biến, phục vụ việc lên kế hoạch đi đúng đường đến mục tiêu.

Robot thu hoạch trái cây được thử nghiệm thành công tại Công ty Hachi, Đông Anh. Ảnh: VNU

Robot này có khả năng nhận biết các loại hoa quả, trái cây – như ớt, dưa chuột, cà chua… tùy thuộc vào sự đa dạng về kích cỡ, hình dạng và màu sắc. Chúng cũng nhận biết được độ chín của các loại quả để từ đó xác định quả nào có thể thu hoạch, ngay cả trong một khu vườn lộn xộn và phức tạp. Nó cũng học được cách “đối xử” nhẹ nhàng với cây trồng để tránh tình trạng vô tình nhổ cả một cây lên. Cánh tay kẹp của robot có thể kẹp sâu vào dây leo để hái quá chín mà không làm ảnh hưởng đến các quả xanh xung quanh.

Nhóm nghiên cứu cho biết, vì toàn bộ các thành phần được thiết kế, chế tạo trong nước nên giá thành của robot chỉ bằng khoảng 30% so với loại nhập khẩu. Các phần mềm điều khiển robot do các kỹ sư Việt Nam lập trình và làm chủ, không phụ thuộc vào công nghệ của nước ngoài.

Các kết quả này mới được Trường ĐH Công nghệ nghiệm thu hôm 10/1. GS.TS Lê Huy Hàm, chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp công nghệ cao, Trường ĐH Công nghệ, cho rằng sản phẩm của PGS. Phạm Mạnh Thắng đã áp dụng một cách tiếp cận tiên phong và là cái phôi để bước đầu ứng dụng vào hệ thống thu hái trong các nhà lưới, nhà kính tại Việt Nam.

Nhóm nghiên cứu cho biết công nghệ này đang trong quá trình đăng ký bằng sáng chế và sẽ tiếp tục được hoàn thiện sản phẩm. Nhóm cũng sẽ kết hợp với các đối tác doanh nghiệp có nền nông nghiệp công nghệ cao phát triển như Hàn Quốc để mở rộng khả năng và không gian hoạt động của robot.

Được thành lập từ năm 2019, đến nay, nhóm nghiên cứu về cơ điện tử và tự động hóa tại Trường ĐH Công nghệ do PGS.TS Phạm Mạnh Thắng làm trưởng nhóm đã tạo ra hơn 30 sản phẩm ứng dụng trên nền tảng các hệ thống điều khiển nhúng; và ứng dụng công nghệ tự động hóa để thiết kế, chế tạo các máy công cụ chính xác, các hệ thống SCADA phục vụ đo lường, điều khiển dây chuyền sản xuất công nghiệp và nông nghiệp.