Từ một ý tưởng nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, đề tài “Thiết kế, chế tạo máy bắn hạt khí nén tự động tích hợp drone phục vụ phục hồi rừng” của nhóm sinh viên Viện Công nghệ Hàng không Vũ trụ, Trường Đại học Công nghệ (Đại học Quốc gia Hà Nội) đã mở ra cách tiếp cận mới cho bài toán phục hồi rừng. Không chỉ gây ấn tượng bởi tính mới và khả năng ứng dụng thực tiễn, công trình còn cho thấy tư duy liên ngành, tinh thần sáng tạo và khát vọng đưa công nghệ phục vụ các vấn đề môi trường, phát triển bền vững của thế hệ sinh viên thời đại số.

Từ bài toán phục hồi rừng đến ý tưởng “drone gieo mầm”

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và suy giảm diện tích rừng tự nhiên ngày càng nghiêm trọng, nhu cầu phục hồi hệ sinh thái rừng đang trở nên cấp thiết. Tuy nhiên, tại nhiều khu vực đồi núi, sườn dốc hoặc địa hình hiểm trở, việc tiếp cận để gieo trồng theo phương pháp truyền thống gặp nhiều khó khăn, tốn nhân lực và chi phí lớn.

Xuất phát từ thực tế đó, nhóm sinh viên Bùi Đức Mạnh và Nguyễn Văn Việt của Viện Công nghệ Hàng không Vũ trụ, Trường Đại học Công nghệ (Đại học Quốc gia Hà Nội) đã lựa chọn hướng đi táo bạo: Ứng dụng drone kết hợp hệ thống khí nén để tạo ra giải pháp gieo hạt phục hồi rừng có khả năng hoạt động trong điều kiện địa hình phức tạp.

Đề tài “Thiết kế, chế tạo máy bắn hạt khí nén tự động tích hợp drone phục vụ phục hồi rừng” được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Thương và TS. Nguyễn Hoàng Quân. Công trình đã được Hội đồng Giám khảo đánh giá cao về chất lượng học thuật, tính sáng tạo và giá trị ứng dụng thực tiễn, qua đó giành giải Nhất tại Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học cấp Trường lần thứ 22, năm học 2025-2026 của Trường Đại học Công nghệ.

Theo nhóm nghiên cứu, các phương pháp gieo hạt phục hồi rừng hiện nay chủ yếu dựa vào rải thủ công hoặc phát tán từ trên cao nhưng thiếu độ chính xác, phân bố hạt không đồng đều và tỷ lệ nảy mầm thấp. Trong khi đó, nhiều khu vực cần phục hồi lại nằm ở địa hình khó tiếp cận, khiến việc triển khai nhân lực gặp hạn chế.

Từ góc nhìn kỹ thuật hàng không - vũ trụ, nhóm đặt ra câu hỏi: Liệu có thể kiểm soát toàn bộ quá trình phát tán hạt giống thay vì để hạt phụ thuộc vào tự nhiên như các phương pháp truyền thống?

Ý tưởng đó đã dẫn tới việc “tái định nghĩa” vai trò của drone. Không chỉ là thiết bị bay quan sát hay vận chuyển, drone được phát triển thành nền tảng gieo mầm chủ động, có khả năng tính toán và điều khiển quá trình phát tán hạt theo thời gian thực.

Sinh viên Bùi Đức Mạnh chia sẻ, mục tiêu của nhóm là tăng xác suất sống của mỗi hạt giống khi được gieo xuống đất. Vì vậy, toàn bộ hệ thống được thiết kế để kiểm soát từ độ cao bay, lực bắn cho đến vị trí tiếp đất của hạt.

Hệ sinh thái công nghệ khép kín cho phục hồi rừng

Điểm nổi bật của đề tài nằm ở việc xây dựng một hệ sinh thái công nghệ khép kín, trong đó drone, cơ cấu bắn hạt khí nén và trạm điều khiển mặt đất hoạt động đồng bộ, liên tục trao đổi dữ liệu với nhau.

Hệ thống sử dụng giao thức LoRa để truyền dữ liệu trong môi trường rừng núi, giúp duy trì kết nối ổn định ở khoảng cách xa. Các thông số như độ cao bay, số lần bắn, trạng thái thiết bị được cập nhật liên tục theo thời gian thực về trạm điều khiển.

Bên cạnh đó, nhóm tích hợp cảm biến ToF (Time of Flight) nhằm đo chính xác khoảng cách từ drone đến mặt đất. Dữ liệu độ cao được sử dụng để điều phối thời điểm bắn và áp suất khí nén phù hợp, giúp hạt giống có thể xuyên qua thảm thực vật và tiếp cận mặt đất hiệu quả hơn.

Một sáng tạo đáng chú ý khác là việc sử dụng “viên nén dinh dưỡng”, trong đó hạt giống được bao bọc bằng lớp vật liệu giàu dinh dưỡng nhằm tăng khả năng nảy mầm và thích nghi trong điều kiện tự nhiên khắc nghiệt.

Theo nhóm nghiên cứu, hệ thống cho phép gieo hạt trực tiếp xuống đất với độ sâu từ 2-5 cm, giúp nâng cao tỷ lệ nảy mầm lên khoảng 50-60% so với phương pháp truyền thống. Giải pháp này đồng thời giúp giảm đáng kể nhân lực và thời gian triển khai, đặc biệt phù hợp với các khu vực khó tiếp cận.

Chia sẻ về đề tài, TS. Nguyễn Văn Thương, giảng viên hướng dẫn nhóm nghiên cứu đánh giá cao cách tiếp cận liên ngành của nhóm sinh viên khi tích hợp cơ khí, điều khiển, truyền thông và yếu tố môi trường trong cùng một hệ thống. Theo ông, giá trị của đề tài không chỉ nằm ở thiết bị mà ở tư duy “thiết kế hệ thống tích hợp”, nơi các thành phần có thể tương tác và phản hồi theo thời gian thực.

Trong quá trình triển khai, nhóm cũng gặp nhiều thách thức kỹ thuật, đặc biệt là hiện tượng nhiễu điện từ (EMI) từ động cơ và bộ điều tốc ảnh hưởng tới cảm biến và đường truyền dữ liệu. Sau nhiều lần thử nghiệm, nhóm đã tối ưu phần cứng, cải thiện khả năng chống nhiễu và nâng cao độ ổn định của hệ thống.

Không dừng lại ở mô hình thử nghiệm, nhóm đang tiếp tục phát triển hệ thống theo hướng module hóa để có thể tích hợp linh hoạt trên nhiều loại drone khác nhau. Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm dự kiến tích hợp trí tuệ nhân tạo và thị giác máy tính nhằm tự động nhận diện khu vực đất trống cần phục hồi rừng, hướng tới xây dựng giải pháp công nghệ hoàn chỉnh phục vụ tái thiết rừng quy mô lớn.

Dấu ấn nghiên cứu khoa học sinh viên tại Trường Đại học Công nghệ

PGS.TS Nguyễn Hoài Sơn, Trưởng phòng Khoa học công nghệ và Hợp tác phát triển (Trường Đại học Công nghệ) cho biết, với sứ mệnh đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao, Nhà trường luôn chú trọng xây dựng văn hóa nghiên cứu, tạo điều kiện để sinh viên tham gia các nhóm nghiên cứu từ sớm và tiếp cận các đề tài thực tiễn. Phong trào nghiên cứu khoa học sinh viên vì thế ngày càng phát triển sôi nổi, phản ánh rõ nét vai trò tiên phong của nhà trường trong đào tạo và nghiên cứu dựa trên nền tảng khoa học cơ bản vững chắc kết hợp với công nghệ cao. Chính nền tảng đó đã tạo điều kiện để sinh viên đạt được những thành tựu nghiên cứu ấn tượng ngay từ khi còn trên ghế nhà trường.

Thay mặt Hội đồng Giám khảo, GS.TSKH Nguyễn Đình Đức đánh giá đề tài “Thiết kế, chế tạo máy bắn hạt khí nén tự động tích hợp drone phục vụ phục hồi rừng” đã tập trung vào hướng công nghệ lõi, công nghệ mũi nhọn của quốc gia; giàu tính mới, thể hiện rõ sự phát triển cả về chất lượng học thuật lẫn tính ứng dụng, đặc biệt nổi bật ở xu hướng liên ngành. Theo ông, đây là minh chứng rõ nét cho việc ứng dụng công nghệ vào giải quyết các vấn đề môi trường và phát triển bền vững, đồng thời cho thấy định hướng đúng đắn của Nhà trường trong việc gắn đào tạo với chiến lược phát triển khoa học - công nghệ của đất nước.