Dự án nhỏ mang ý nghĩa lớn

(GLO)- Nhằm bảo vệ sức khỏe con người trước nguy cơ phơi nhiễm thụ động khí CO₂, 2 nữ sinh lớp 10 của Trường THPT chuyên Hùng Vương (tỉnh Gia Lai) đã nghiên cứu, chế tạo thành công cảm biến khí CO₂ và xây dựng mô hình tự động giám sát, điều hòa khí trong môi trường kín. Dự án xuất sắc đạt giải nhì tại Cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp quốc gia học sinh trung học năm học 2021-2022.

Từ tò mò... đến ý tưởng

Giỏi Anh ngữ, mê nghiên cứu khoa học, thích tìm hiểu về tác động của các loại khí đến môi trường và sức khỏe con người... Đó là những điểm chung giúp em Đặng Lê Gia Hân (lớp 10C2A) và em Trịnh Mỹ Anh (lớp 10C3A) xích lại gần nhau, rồi cùng bắt tay hợp tác tại “sân chơi” khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học. Chia sẻ về ý tưởng thực hiện dự án, Hân cho hay: “Hàng ngày, chúng em chứng kiến nhiều bạn cảm thấy buồn ngủ, mệt mỏi hoặc chán chường trong các tiết học. Nguyên nhân đôi khi không phải do các bạn ấy thiếu tập trung hay bài giảng của thầy cô chưa đủ hấp dẫn. Cả em và Mỹ Anh đều cho rằng, chắc hẳn phải có lý do khách quan nào đó nên quyết tâm tìm hiểu. Cuối cùng, câu trả lời chính là do tác động của khí CO₂ vùng nồng độ thấp (dưới 5.000 ppm) gây ra”.

Em Đặng Lê Gia Hân (áo đỏ) và Trịnh Mỹ Anh (Trường THPT chuyên Hùng Vương) trong một buổi thực nghiệm dự án tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Ảnh: Mai Ngọc Linh

Cũng theo 2 nữ sinh, trước kia, nồng độ khí CO₂ chỉ được xem ảnh hưởng tới sức khỏe con người ở vùng nồng độ khá lớn. Tuy vậy, những nghiên cứu gần đây lại đặc biệt quan tâm đến sức khỏe con người khi phơi nhiễm loại khí này ở vùng nồng độ thấp từ 500 đến 5.000 ppm; phổ biến trong các môi trường kín không khí, thông gió kém như: phòng học, văn phòng làm việc, phòng ở trong các chung cư với nguồn CO₂ phát thải từ khí thở của con người, bếp nấu ăn, thiết bị trong quá trình hoạt động… “Một số nghiên cứu cho thấy, nồng độ CO₂ trong nhà vùng nồng độ thấp tác động xấu tới thần kinh, nhận thức và thậm chí có thể gây nguy hiểm tới sức khỏe con người, nhất là đối với trẻ nhỏ và người có thể trạng yếu. Tác động của khí CO₂ được tìm thấy liên quan cụ thể đến bệnh về hô hấp, tổn thương mạch máu, thận, xương, thần kinh-nhận thức, mất tập trung, giảm hiệu quả trong học tập và công việc…”-Trịnh Mỹ Anh dẫn chứng.

Xuất phát từ thực tế cuộc sống và kiến thức lĩnh hội được, 2 em đã nảy sinh ý tưởng chế tạo một cảm biến đo CO₂ vùng nồng độ thấp để nhận biết và dùng cảm biến này chế tạo thêm một mô hình tự động giám sát, điều hòa nồng độ khí CO₂ khi chỉ số vượt quá ngưỡng an toàn. Đối tượng mà dự án hướng đến chính là học sinh-những người thường xuyên ở trong môi trường tương đối kín gió.

Thầy Mai Ngọc Linh-giáo viên Vật lý (Trường THPT chuyên Hùng Vương) chia sẻ: Khi nghe 2 học trò trình bày ý tưởng, tôi khá bất ngờ và đánh giá cao. Bởi lẽ, ngày nay, tình trạng ô nhiễm môi trường khí từ các loại khí độc đã trở nên rất phổ biến. Trong đó, CO₂ là loại khí có mặt thường xuyên trong cuộc sống của con người. Ở các nước phát triển, người ta đã đưa tham số CO₂ vào đánh giá môi trường khí sạch nhưng nước ta thì chưa. Tại Việt Nam có 2 nhóm nghiên cứu về cảm biến đo CO₂ nhưng chỉ ứng dụng ở vùng có nồng độ cao chứ chưa có ở môi trường nồng độ thấp. Chính tính mới và thời sự ấy khiến tôi hào hứng và sẵn sàng hỗ trợ các em.

Thỏa sức sáng tạo

Với sự đồng hành của giáo viên hướng dẫn, 2 nữ sinh đã tập trung bổ khuyết những kiến thức Vật lý, Toán học còn thiếu hụt liên quan đến đề tài nghiên cứu. Dựa trên đặc trưng hấp thụ bức xạ hồng ngoại của CO₂ và định luật Lambert Beer, 2 em đã đưa ra thiết kế ban đầu của cảm biến, sau đó tiến hành thử nghiệm và cải tiến nhiều lần. Hân thông tin: Thay vì đặt 2 đầu thu-phát hồng ngoại ở vị trí đối diện nhau theo những thiết kế đã được nghiên cứu trước đó, chúng em đã chuyển sang đặt cùng một phía với đầu phản xạ dạng lõm ở phía đối diện nhằm tăng chiều dài đường đi của ánh sáng, tối ưu hóa độ nhạy và độ chính xác của cảm biến. Ngoài ra, qua tìm hiểu và nhờ sự tư vấn của các chuyên gia ở Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, chúng em cũng đã lựa chọn linh kiện, vật liệu để gia công cơ khí vỏ cảm biến giúp tăng độ chính xác và hạn chế tiêu tốn điện năng, giảm giá thành sản phẩm.

Thầy Mai Ngọc Linh cùng 2 học trò phấn khởi khi dự án đã đạt giải nhì tại Cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp quốc gia học sinh trung học năm học 2021-2022. Ảnh: Mộc Trà

Cô Lê Thị Thu-Hiệu trưởng Trường THPT chuyên Hùng Vương: Dự án của 2 em Đặng Lê Gia Hân và Trịnh Mỹ Anh khá ý nghĩa, phù hợp với điều kiện thực tế trong môi trường học đường. Bằng phương pháp hướng dẫn khoa học, hiệu quả của thầy Mai Ngọc Linh, các em đã bồi đắp được kỹ năng về nghiên cứu khoa học; nỗ lực và chịu khó tìm tòi, sáng tạo để xây dựng thành công mô hình. Trong bối cảnh dịch Covid-19 diễn biến phức tạp, kết quả mà các em đạt được là rất đáng ghi nhận, góp phần khẳng định vị thế của nhà trường nói riêng, tỉnh Gia Lai nói chung trên sân chơi đầy trí tuệ này.

Sau khi chế tạo thành công cảm biến đo khí CO₂ trong dải nồng độ thấp (0-10.000 ppm), nhóm tác giả tiếp tục ứng dụng cảm biến này vào xây dựng hệ thống tự động giám sát và điều hòa khí trong môi trường kín. Hai em sử dụng phần mềm Labview để lập trình việc giám sát, điều khiển và hiển thị của toàn hệ thống. “Trước đó, chúng em phải đăng ký một khóa học ngắn hạn về ngôn ngữ lập trình Labview. Do kiến thức hạn chế, cộng với vừa học, vừa thực hành rút kinh nghiệm nên chúng em phải mất hơn 1 tháng mới có thể hoàn tất công đoạn này. Mặt khác, điều kiện cơ sở vật chất tại trường không thể đáp ứng nên 3 thầy trò phải tìm đến Phòng Chế tạo cảm biến và Đo khí (Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam) để tiến hành thực nghiệm, ghép nối hoàn chỉnh mô hình”-Trịnh Mỹ Anh tâm sự.

Nhóm tác giả cũng cho biết, cơ chế hoạt động của mô hình là dùng máy tính nhúng LattePanda để ghi nhận tín hiệu và tính toán nồng độ khí CO₂ từ cảm biến thông qua các bo mạch điện tử. Sau đó, máy tính nhúng truyền tín hiệu về nồng độ thu được đến màn hình cảm ứng, hiển thị dưới 2 trạng thái: chỉ số và đồ thị. Khi nồng độ khí tăng quá mức quy định trên 1.000 ppm, máy tính nhúng LattePanda sẽ gửi tín hiệu để rơ-le điều khiển đóng/ngắt hệ thống quạt thông gió, đồng thời đèn led cảnh báo cũng được bật lên. Quạt thông gió hoạt động sẽ lưu chuyển dòng khí từ bên trong phòng kín ra môi trường không khí ngoài trời. Nhờ đó, nồng độ CO₂ trong phòng kín cũng được kéo giảm, góp phần hạn chế tác hại đến sức khỏe con người.

Với ý nghĩa trên, dự án của Đặng Lê Gia Hân và Trịnh Mỹ Anh đã lần lượt đạt các thứ hạng cao tại các cuộc thi khoa học kỹ thuật học sinh trung học với giải nhì cấp trường, giải nhất cấp tỉnh. Đây cũng là 1 trong 2 dự án xuất sắc đại diện cho Gia Lai tham gia Cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp quốc gia vào tháng 3 vừa qua và tiếp tục thu được “quả ngọt” với giải nhì chung cuộc. Kết quả này chính là nền tảng và động lực để 2 nữ sinh kiên định theo đuổi đam mê nghiên cứu khoa học ở lĩnh vực Y-Sinh. “Chúng em tiếp tục cải tiến cảm biến về mẫu mã, kích thước, tính thẩm mỹ cũng như tối ưu hóa hơn nữa về giá thành. Đồng thời, hoàn thiện mô hình và tiến tới thương mại hóa để ứng dụng rộng rãi ở tất cả môi trường kín hoặc tương đối kín; tiếp cận viết phần mềm tạo ứng dụng trên điện thoại thông minh, tạo thuận lợi hơn cho người sử dụng trong quá trình theo dõi và kiểm soát tham số CO₂ trong nhà”-Hân hào hứng nói.

Liên quan đến dự án này, thầy Mai Ngọc Linh cho biết thêm: Tôi đã giúp các em liên hệ với Tập đoàn Vingroup và Sun Group đề xuất xin gói tài trợ khoảng 5 tỷ đồng để phát triển sản phẩm đưa ra thị trường. Đây là nguồn quỹ mà các tập đoàn này dùng để hỗ trợ phát triển các dự án nghiên cứu khoa học và công nghệ hàng năm. Hiện dự án của 2 em đã nhận được phản hồi tích cực từ Vingroup. Nếu được xét chọn tài trợ thì đây sẽ là cơ hội rất tốt để các em tiếp tục phát triển dự án và có thể khởi nghiệp ngay khi còn ngồi trên ghế nhà trường.
 

 MỘC TRÀ