Robot giám sát môi trường nước tự hành

Thuyền tự hành cơ động tự lấy mẫu nước trên hồ Hóa An.

Quan trắc tự động môi trường nước rộng lớn

Nhiệm vụ “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị quan trắc môi trường nước nuôi trồng thủy sản tự hành ứng dụng kỹ thuật robot và kết nối IoT” do các nhà khoa học Viện Khoa học Tài nguyên Môi trường và Biến đổi khí hậu thực hiện.

TS Vũ Trọng Bách, chủ nhiệm nhiệm vụ cho biết, hiện nay, đa số vùng nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam vẫn dựa chủ yếu vào kinh nghiệm người nuôi, đặc tính vật nuôi và điều kiện tự nhiên. Các công cụ khoa học - công nghệ hiện đại chưa được ứng dụng rộng rãi, khiến hiệu suất canh tác chưa cao và dễ bị ảnh hưởng bởi dịch bệnh, ô nhiễm nguồn nước.

Trong khi đó, quan trắc môi trường nước là công cụ quan trọng giúp người nuôi theo dõi các chỉ số môi trường theo thời gian thực. Thông tin từ quan trắc giúp phát hiện sớm các nguy cơ ảnh hưởng đến vùng nuôi như ô nhiễm, thay đổi sinh thái, từ đó có biện pháp xử lý kịp thời, điều chỉnh chế độ nuôi và phòng ngừa dịch bệnh hiệu quả. Đồng thời, dữ liệu quan trắc còn là cơ sở giúp cơ quan quản lý đánh giá tác động môi trường và ra quyết định điều hành phù hợp.

Phần lớn các vùng nuôi hiện nay vẫn sử dụng cách lấy mẫu thủ công để mang về phòng thí nghiệm phân tích. Phương pháp này tuy cho độ chính xác cao, nhưng lại tốn nhiều thời gian, nhân lực và gặp khó khăn nếu vùng lấy mẫu xa bờ hoặc có địa hình phức tạp.

Một số nơi sử dụng trạm quan trắc cố định hoặc trạm quan trắc tự động. Tuy nhiên, trạm cố định chỉ cho kết quả tại một vị trí, không đại diện cho toàn bộ vùng nuôi, đặc biệt ở những nơi nước tù hoặc nhiều sinh vật phát triển dày đặc. Trong khi đó, trạm tự động liên tục cho phép đo nhanh các chỉ số nhờ cảm biến, kết hợp máy tính và AI xử lý dữ liệu, nhưng chi phí lắp đặt và bảo trì lại rất cao, dễ bị mất mát hoặc hư hỏng trong môi trường khắc nghiệt.

Theo TS Vũ Trọng Bách, thiết bị gồm 3 phần: Thuyền tự hành, trung tâm điều khiển và tay điều khiển. Thiết bị có khả năng tự di chuyển đến vị trí định sẵn theo tọa độ GPS, tự lấy mẫu nước để đo các thông số môi trường như nhiệt độ, pH, hàm lượng oxy hòa tan (DO), tổng chất rắn lơ lửng (TSS), nhu cầu oxy hóa học (COD)... Các dữ liệu được gửi lên đám mây, đồng bộ với ứng dụng điều khiển trên máy tính bảng.

Người dùng có thể xem thông số theo thời gian thực, theo dõi hành trình trực tiếp qua camera và ra lệnh điều khiển từ xa. Ứng dụng cũng cho phép thiết lập cảnh báo khi các chỉ số vượt ngưỡng cho phép.

Tiềm năng ứng dụng rộng rãi

Thuyền tự hành có kích thước 1200x350x170mm, nặng khoảng 15kg, tốc độ hành trình từ 5 - 10 km/h và tốc độ tối đa đạt 28 km/h. Thiết bị có thể hoạt động liên tục trong 3,5 giờ, lấy mẫu sâu tới 60cm và điều khiển được trong phạm vi 500m qua sóng RF hoặc toàn cầu nhờ kết nối 4G và IoT.

Thiết bị có 2 chế độ điều khiển: Thủ công và tự động. Ở chế độ thủ công, người vận hành có thể điều chỉnh hành trình và điểm lấy mẫu theo yêu cầu. Ở chế độ tự động, thuyền di chuyển theo quỹ đạo thiết lập trước, lấy mẫu tại các điểm định sẵn và gửi dữ liệu về máy tính bảng gần như tức thời, với độ trễ không quá 1 giây.

Nhóm nghiên cứu cũng phát triển mô-đun lấy mẫu nước theo độ sâu từ 5 đến 60 cm, có thể lập trình để tự lấy mẫu tại các mốc không gian - thời gian khác nhau, phục vụ phân tích nhiều tầng nước trong cùng một vùng nuôi.

Để phù hợp với điều kiện vùng nuôi ở Việt Nam, nhóm thiết kế đã chế tạo thiết bị đẩy kiểu phụt nước thay vì chân vịt truyền thống. Cơ chế này giúp đảm bảo an toàn cho sinh vật dưới nước, tránh bị mắc dị vật và vẫn đạt được tốc độ hoạt động ổn định từ 35 - 40 km/h.

Thiết bị có thể hoạt động cả ở nước ngọt lẫn nước mặn, chịu được điều kiện sóng gió cấp 6 và đã được thử nghiệm thực tế tại hồ Hóa An (Đồng Nai), Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga (chi nhánh phía Nam) và kiểm tra độ bền va đập tại Nhà máy Z114 (Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng).

Thiết bị quan trắc môi trường nước tự hành ứng dụng robot và IoT là một giải pháp mới, giúp giảm chi phí đầu tư, dễ triển khai, dễ bảo trì, đặc biệt phù hợp với hợp tác xã, trang trại hoặc hộ nuôi quy mô vừa và nhỏ.

Ngoài lợi ích đối với người nuôi, thiết bị còn giúp cơ quan quản lý Nhà nước thu thập dữ liệu kịp thời, đánh giá chính xác tác động môi trường và hỗ trợ kiểm soát dịch bệnh tại các vùng nuôi trọng điểm mà không cần nhân lực đến tận nơi.

Nhật Phong