Truyền lửa đam mê qua kiến thức về máy bay không người lái

Nhóm nghiên cứu K63AE được thành lập cuối năm học 2019 - 2020 gồm các sinh viên của Viện Hàng không Vũ trụ, Trường ĐH Công nghệ, ĐHQGHN có đam mê nghiên cứu khoa học, đặc biệt là nghiên cứu, chế tạo máy bay không người lái với sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Hoàng Quân với mục đích chính là làm quen, cọ xát với các trang thiết bị hiện đại của Viện.

Ý tưởng đề tài xuất phát từ thực trạng giao hàng chậm trễ do giao thông đường bộ ùn tắc và chi phí vận chuyển tăng do giá nhiên liệu cao, trong khi đường không vẫn còn bỏ ngỏ. Đây là lĩnh vực đầy tiềm năng cần được khai thác, vì vâỵ nhóm đã quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Drone mang vật phẩm 1kg hạ cánh tự động”.

Đề tài đòi hỏi nhóm nghiên cứu phải có kiến thức ở nhiều lĩnh vực như điều khiển tự động, cơ học kết cấu, điện – điện tử. Máy bay không người lái do nhóm thiết kế gồm các thiết bị như: hệ thống điểu khiển cân bằng cho thiết bị bay, hệ thống dẫn đường, xác định chính xác vị trí RTK, cảm biến xác định độ cao và cho phép mang 1kg với vận tốc 8m/s. Bên cạnh đó, sản phẩm thiết bị bay của nhóm còn được trang bị một máy tính nhúng Rasperry Pi 4 nhằm tính toán các thông số và xử lý các dữ liệu trực tiếp một cách mạnh mẽ và chính xác hơn. Từ đó góp phần giúp chuyến bay an toàn và ổn định hơn. Đồng thời, về mặt thiết kế, nhóm đã mô phỏng tính toán cho thiết bị có thể hoạt động trong điều kiện gió lớn với mức kháng gió ở cấp độ 5.

Trong quá trình nghiên cứu, khó khăn lớn nhất của nhóm là nơi thử nghiệm Drone. Tuy nhiên, theo Trần Quang Đạt, đại diện nhóm chia sẻ: “Bên cạnh khó khăn, nhóm có những thuận lợi về sự hỗ trợ chuyên môn từ TS. Nguyễn Hoàng Quân và các giảng viên khác thuộc Viện Công nghệ Hàng không Vũ trụ. Ngoài ra, các thành viên trong nhóm cũng rất tích cực trong quá trình nghiên cứu, không chỉ với mảng của mình phụ trách mà còn hỗ trợ các thành viên khác trong nhóm. Điều may mắn là các thành viên trong nhóm đều học lớp K63AE và có thời khóa biểu gần giống nhau nên việc bố trí thời gian nghiên cứu, đi thử nghiệm khá nhanh chóng và tổ chức những buổi trao đổi giải quyết vấn đề phát sinh từ sớm”.

Tối ưu hóa phương pháp thiết kế và định vị chính xác

Về tính ứng dụng thực tiễn của đề tài, Quang Đạt cho biết, trên thế giới, mô hình Drone mang vật nặng 1kg dùng để giao hàng đã xuất hiện tại một số quốc gia. Tuy nhiên ở Việt Nam, drone chỉ phổ biến trong lĩnh vực quay phim, chụp ảnh hay canh tác nông nghiệp. Nhận thấy tiềm năng của hình thức giao nhận mới này, nhóm sinh viên K63AE nảy ra ý tưởng thiết kế, chế tạo Drone giao nhận 1kg hàng hóa theo lộ trình cài đặt sẵn.

“Đây là mô hình còn rất mới mẻ và chưa được nghiên cứu. Nếu được triển khai vào thực tiễn sẽ là bước tiến lớn cho ngành chuyển phát ở nước ta, giúp giảm thời gian giao hàng, hạn chế ùn tắc giao thông, tiết kiệm chi phí, giảm phụ thuộc vào yếu tố con người và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Quan trọng là, chúng ta có thể làm chủ công nghệ và làm nền tảng phát triển các công nghệ khác”, Quang Đạt chia sẻ.

Sản phẩm mà nhóm nghiên cứu thực hiện đáp ứng những tiêu chí về giá thành rẻ, nguyên vật liệu phổ biến và dễ dàng vận hành cho người sử dụng. Đó là điểm vượt trội mà các thành viên tham gia nghiên cứu, chế tạo hướng tới.

Với bài toán kết cấu, từ kết quả của hệ thống phân tích Static Structure (ANSYS), nhóm nghiên cứu đề xuất quy trình tính toán tối ưu khung Drone, giúp khung nhẹ hơn so với mẫu ban đầu 16%, khả năng chịu lực phân bổ đồng đều, không xuất hiện ứng suất cục bộ. Quy trình lắp ráp, tích hợp, kiểm thử (AIT) được tuân thủ nghiêm ngặt để xây dựng thành công mẫu Drone mang tối đa 1kg vật nặng, tầm bay 3km với độ sai số 0.1mm trần bay dưới 50m, tốc độ dịch chuyển lớn nhất 8m/s.

Ở bài toán điều khiển, nhóm nghiên cứu đã xây dựng thành công thuật toán điều khiển hạ cánh tự động trên các mặt phẳng có độ cao khác nhau. Với kết quả đạt được, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục tập trung đánh giá tính ổn định trong quá trình hoạt động của mẫu Drone này để có thể áp dụng được kết quả nghiên cứu vào thực tế.

Tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện sản phẩm

Chia sẻ về các giải thưởng tại hội nghị nghiên cứu khoa học sinh viên, đại diện nhóm nghiên cứu cho biết, mục đích ban đầu của nhóm là áp dụng những kiến thức đã được học để nghiên cứu, chế tạo sản phẩm mang tính ứng dụng cao vào thực tiễn cuộc sống. “Chính TS. Nguyễn Hoàng Quân đã động viên nhóm tham gia hội nghị khoa học sinh viên cấp Viện. Chúng mình không nghĩ có thể đi xa đến thế này”, Quang Đạt nói, gương mặt ánh lên niềm vui và bất ngờ.

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Drone mang vật phẩm 1kg hạ cánh tự động” được nhóm nghiên cứu trong vòng 2 năm. Quá trình nghiên cứu này giúp nhóm thu nhận thêm nhiều kiến thức, kinh nghiệm mới về máy bay không người lái, đặc biệt là quy trình phát triển Drone. Với vốn kinh nghiệm tích lũy được khi nghiên cứu, chế tạo 2 Drone khác trước đó nên khi bắt tay vào nghiên cứu Drone giao hàng, mọi công việc diễn ra nhanh chóng và suôn sẻ hơn rất nhiều.

Quang Đạt chia sẻ, trong thời gian tới, nhóm sẽ tiếp tục đầu tư vào các trang thiết bị, linh kiện, khắc phục một số tồn tại và cố gắng để đưa ra sản phẩm có tính hoàn thiện cao nhất. Ngoài ra, nhóm mong muốn tóm tắt lại quá trình thực hiện, kinh nghiệm, quy trình của đề tài thành nguồn tài liệu dành cho sinh viên Viện Công nghệ Hàng không Vũ trụ nói riêng và những sinh viên quan tâm đến Drone nói chung có thể tham khảo cho các đề tài trong tương lai.