Học sinh Canada 16 tuổi chế tạo robot rùa AI phát hiện vi nhựa dưới nước

Evan Budz, học sinh 16 tuổi đến từ Ontario, Canada, đã chế tạo thành công một robot hình rùa biển có khả năng bơi tự động, lặn xuống độ sâu đã cài đặt và sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để phát hiện các hạt vi nhựa trôi nổi trong hồ và đại dương. Với dự án này, Budz đã giành được học bổng trị giá 50.000 USD, nhận giải Gordon E. Moore Award cho kết quả tích cực hướng tới các thế hệ tương lai tại cuộc thi Regeneron International Science and Engineering Fair (ISEF) 2026 diễn ra vào tháng 5.

Dự án robot rùa ban đầu không thành công khi nguyên mẫu đầu tiên của Budz bị chìm xuống đáy hồ bơi trong sân vườn ông bà tại Canada vào mùa hè năm 2024, không thể bơi lội hay giữ được độ sâu như mong muốn. Budz đã dành khoảng 2.000 giờ để chế tạo robot và thêm 2.000 giờ nữa để phát triển hệ thống camera holographic dưới nước gắn trên mai rùa.

Ý tưởng cho robot rùa xuất phát từ hình ảnh một con rùa tai nghe mà Budz quan sát được trong chuyến cắm trại cùng gia đình tại Ontario năm 2024. Em ấn tượng bởi chuyển động mềm mại, linh hoạt của loài rùa này và quyết định thiết kế robot sao cho mô phỏng được chuyển động đó.

Loài rùa còn được lựa chọn vì chúng là những vận động viên bơi lội hiệu quả, phù hợp với các nhiệm vụ dài ngày mà robot cần thực hiện mà không thể sạc lại năng lượng. Thêm vào đó, kích thước của rùa đủ lớn để chứa các cảm biến và thiết bị hình ảnh trong mai, đồng thời chúng phổ biến trong môi trường nước nên không làm các sinh vật khác hoảng sợ.

Để tái tạo chính xác quá trình bơi, Budz nghiên cứu các tài liệu khoa học và video, đồng thời tham khảo chuyên gia tại Ripley’s Aquarium về cách vây của rùa xanh tạo lực đẩy. Các vây được thiết kế trên phần mềm CAD, in 3D, và vận hành bởi cơ cấu servo đa trục tùy chỉnh giúp điều chỉnh góc tiếp xúc khi vẫy lên xuống. Mô phỏng động lực học chất lỏng cho phép hiệu chỉnh hình dạng trước khi thử nghiệm thực tế. Phần vỏ trước của robot dạng vòm cầu giúp giảm lực cản nước đến 65% so với mặt phẳng phẳng thông thường.

Robot sử dụng hệ thống chất tải biến đổi với servo tuyến tính kết hợp hai ống tiêm, cảm biến áp suất và vòng điều khiển PID để duy trì độ sâu mục tiêu trong phạm vi từ 20 đến 150 cm, với sai số dưới 5 cm. Thiết bị còn trang bị cảm biến định hướng 9 trục hỗ trợ điều hướng ổn định. Robot thực hiện các lưới quét ba lượt và bốn lượt trên diện tích hồ bơi 4x5 mét với sai số dưới 5 độ ở hướng di chuyển.

Budz bắt đầu phát triển hệ thống hình ảnh holographic từ mùa hè 2025, tập trung tinh chỉnh phần cứng để nhận diện các hạt nhỏ cỡ 10 micron và phân biệt được vi nhựa với các sinh vật nhỏ khác. Đến thời điểm tham gia ISEF, hệ thống đạt độ chính xác 94% trong khả năng phân biệt này.

Hiện nay, quá trình kiểm tra vi nhựa theo cách truyền thống ở các phòng thí nghiệm thường phức tạp, mất nhiều ngày và tốn kém, đặc biệt khó áp dụng cho các vùng hồ hoặc đại dương xa xôi không có thiết bị và nhân lực chuyên môn. Robot của Budz được thiết kế để phân tích trực tiếp nước nơi nó di chuyển, giúp phát hiện vi nhựa nhanh chóng và hiệu quả.

The Ocean Conservancy ước tính mỗi năm có khoảng 11 triệu tấn nhựa thải ra đại dương, ảnh hưởng đến hơn 1.300 loài sinh vật biển. Trong năm nay, có hơn 1.700 học sinh đã tham dự cuộc thi ISEF, với tổng giải thưởng trị giá trên 7 triệu USD. Budz dự định dùng học bổng để theo học ngành khoa học hoặc kỹ thuật tại đại học.