Phát triển máy bay không người lái ứng dụng chăm sóc cây công nghiệp

Lợi ích của việc ứng dụng máy bay không người lái (drone)

Mặc dù máy bay không người lái (UAV) thường được gọi là drone – ban đầu được tạo ra cho mục đích quân sự, nhưng hiện nay chúng được ứng dụng rộng rãi trong một số ngành công nghiệp. Tương lai của drone trong nông nghiệp có vẻ đầy hứa hẹn: đến năm 2026, các nhà phân tích cho rằng, thị trường drone nông nghiệp có chiều hướng đạt 6,52 tỉ đô, mở rộng ở mức 31,4% CARG (Compounded Annual Growth rate: Tốc độ tăng trưởng hằng năm kép).

Hiện nay, drone trở thành một phần không thể thiếu trong nông nghiệp thông minh, chúng giúp người dân đối phó với những thách thức và thu được rất nhiều lợi ích to lớn. Theo đó, hiệu quả chính nằm ở khả năng điều chỉnh chúng. Đây là nơi mà việc sử dụng công nghệ drone có thể thực sự trở thành người thay đổi cuộc chơi. Bằng việc truy cập vào một kho dữ liệu khổng lồ, người nông dân có thể tăng sản lượng cây trồng, tiết kiệm thời gian, giảm bớt phí tổn và thể hiện với độ đúng đắn và chính xác chưa từng có.

Nhận thấy những tiềm năng to lớn của drone trong nông nghiệp, TS Đặng Xuân Ba, 38 tuổi, giảng viên bộ môn tự động điều khiển, Khoa Điện - Điện tử, Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM cùng hơn 20 cộng sự là sinh viên, kỹ sư trẻ từ năm 2020 bắt đầu nghiên cứu phát triển máy bay không người lái (drone) ứng dụng chăm sóc cây công nghiệp trên diện tích lớn.

TS Đặng Xuân Ba (trái) cùng cộng sự phát triển máy bay không người lái (drone) ứng dụng chăm sóc cây công nghiệp trên diện tích lớn

Phát triển drone của tiến sĩ người Việt

Theo TS Đặng Xuân Ba, máy bay không người lái do nhóm thiết kế có trọng lượng không tải hơn 60 kg, gắn bốn động cơ điện truyền lên cánh quạt giúp nâng hạ drone. Động cơ sử dụng viên pin nặng 15kg nhập từ Mỹ, dung lượng 46.000 mAh, có thể hoạt động liên tục 45 phút trong điều kiện không tải. Mặt nắp pin của drone sử dụng nhựa PLA+ có đặc tính nhẹ, dẻo giúp thiết bị có thể chống va đập tốt hơn.

Toàn bộ hoạt động của drone được điều khiển với 4 hệ thống vi xử lý do nhóm xây dựng có thể kết nối với nhau, được bảo vệ 2 lớp trong mỗi hộp giúp hạn chế ảnh hưởng của thời tiết, môi trường.

Cũng theo TS Ba, nhóm tự phát triển thuật toán ước lượng khối lượng tải drone thông qua cơ chế nhiễu động của thùng chứa. Thông số về nhiễu động được gửi về bộ điều khiển trung tâm để tính toán khối lượng tải hiện tại và điều chỉnh mức năng lượng tiêu thụ phù hợp. Điều này giúp drone hoạt động ổn định, an toàn khi khối lượng tải thay đổi.

Sản phẩm máy bay không người lái (drone) của nhóm thiết kế được thử nghiệm hoạt động

"Việc tích hợp thuật toán này sẽ loại bỏ cảm biến và hệ thống điện phức tạp kèm theo trên drone, tăng tính linh hoạt và ổn định cho hệ thống, giảm chi phí", TS Xuân Ba nói. Tuy nhiên, ông cho rằng, thuật toán này cần người có kinh nghiệm và kiến thức chuyên môn để điều chỉnh thông số phù hợp. Nhóm đang hướng tới đơn giản hóa để người không có chuyên môn vẫn có thể thiết lập các thông số.

Với hệ thống khung nâng các bộ phận của drone được nhóm thiết kế giúp tối ưu hóa việc đặt thùng chứa, pin ở vị trí hợp lý nhất. Điều này đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định, giảm chi phí nhập khẩu và chủ động khi thay thế thiết bị, bảo hành. Thùng chứa được thiết kế theo nhiều mức từ 20 đến 70 lít tùy mục đích sử dụng. Hệ thống phun sử dụng hai máy bơm để đưa nước từ bình chưa ra các béc phun. Drone có 4 vòi phun ly tâm với tầm phun tối đa hơn 4 m. Theo tính toán, với diện tích 1 ha, drone sử dụng quãng đường di chuyển khoảng 2,5 km, tốc độ 40 km mỗi giờ, tốc độ phun 6 lít một phút, tức khoảng gần 4 phút sẽ phun xong toàn bộ diện tích.

Cần điều khiển có cấu tạo tương tự một máy tính thu nhỏ với màn hình cảm ứng và các nút bấm. Tay cầm kết nối với drone bằng internet và người dùng có thể thiết lập các thông số trên màn hình để drone tự hoạt động và ở bất kỳ đâu cũng có thể điều khiển. Ngoài ra, nhóm phát triển các thuật toán mở rộng thêm các tính năng về xác định vị trí, giám sát hoạt động của drone, thống kê dữ liệu…

Theo nhóm, phiên bản hiện tại của mẫu drone đang thử nghiệm để hoàn thiện các tính năng kỹ thuật, đảm bảo an toàn. Nhóm cũng tiếp tục chỉnh sửa để sản phẩm có hình thức đẹp hơn trong thời gian tới.

Hứa hẹn sẽ là công cụ hỗ trợ đắc lực cho người nông dân

Ứng dụng thiết bị bay không người lái được xem là một giải pháp hỗ trợ nông dân trên toàn cầu, đặc biệt nông dân sản xuất quy mô nhỏ tại các nước châu Á có thể giải quyết một số thách thức còn tồn tại trong sản xuất nông nghiệp.

Drone nông nghiệp cho phép nông dân đo lường và quan sát sự biến đổi của cây trồng. Việc gieo hạt, chăm sóc cây trồng tự động và giám sát chặt chẽ sức khỏe cây trồng cũng giúp tăng năng suất và lợi nhuận.

Hơn nữa, Drone cũng có thể tính toán mật độ và sức khỏe của cây trồng và cung cấp biểu đồ nhiệt, cảnh báo cho nông dân khi cây trồng cần nhiều nước hay ít hơn. Việc sử dụng nước hiệu quả này là một biện pháp tiết kiệm chi phí khổng lồ khi chi phí nước ngày càng tăng và hạn hán tấn công nhiều khu vực.

Với kết quả nghiên cứu drone của TS Đặng Xuân Ba cùng các cộng sự, hứa hẹn sẽ đem tới những bước phát triển mới trong lĩnh vực nông nghiệp tại Việt Nam. Sự phát triển của những công nghệ mới sẽ giúp người nông dân dễ dàng tiếp cận và có thêm lựa chọn drone hơn so với trước kia. Cần nhiều hơn những kết quả nghiên cứu, sáng chế như của TS Đặng Xuân Ba vì ngày này các công nghệ mới luôn cần phải đáp ứng và phục vụ nhu cầu ngày càng tăng cao của nền nông nghiệp Việt.