Chỉ mất 2 giây để xác định một người, hay đồ vật trong tòa nhà, siêu thị... Đây là đề tài nghiên cứu của Nguyễn An Khương (ĐH Cambridge) và được đánh giá là có tính thực tế cao. Năm 2010, Nguyễn An Khương (1988), cựu học sinh trường chuyên Lê Quý Đôn được UBND TP.Đà Nẵng tiến cử sang Vương quốc Anh ...
Chỉ mất 2 giây để xác định một người, hay đồ vật trong tòa nhà, siêu thị... Đây là đề tài nghiên cứu của Nguyễn An Khương (ĐH Cambridge) và được đánh giá là có tính thực tế cao.
Năm 2010, Nguyễn An Khương (1988), cựu học sinh trường chuyên Lê Quý Đôn được UBND TP.Đà Nẵng tiến cử sang Vương quốc Anh theo học Thạc sĩ tại trường Đại học Cambridge.
Tại đây, Khương đã bắt tay vào nghiên cứu và hoàn thành đề tài khoa học “Định vị con người (hoặc đồ vật) trong tòa nhà kín thông qua robot và sóng Bluetooth”.
Một ý tưởng hay
Khương cho biết, nguyên lý cơ bản của đề tài là sử dụng sóng Bluetooth và robot để xây dựng hệ thống định vị con người hay đồ vật bên trong nhà kín. Ý tưởng của đề tài xuất phát từ việc Khương phát hiện mặt hạn chế của sóng GPS - ở một số nước tiên tiến hiện nay thường dùng vệ tinh GPS để định vị bên ngoài cho xe cộ, máy bay.
Đó là, sóng vệ tinh GPS không thể đi xuyên qua cấu trúc của tòa nhà, bản thân các đồ đạc vật dụng bên trong nhà cũng làm ảnh hưởng đến sóng. Thứ hai, sóng vệ tinh có độ chính xác trên dưới 10 mét, điều này là không hữu ích cho việc định vị trong khoảng không gian nhỏ trong nhà, khi mà độ chính xác yêu cầu phải lên tới centi-mét.
Robot do Khương nghiên cứu, chế tạo (Ảnh do Nguyễn An Khương cung cấp)
Sau nhiều tháng nghiên cứu, Khương đã khắc phục các nhược điểm trên bằng một hệ thống định vị trong nhà với việc tận dụng tối đa sóng điện thoại, là một thiết bị phổ biến và rất gọn nhẹ hiện nay. Khương đã dùng một robot được thiết kế để mang một laptop trên lưng. Robot sẽ tự động di chuyển tới mọi vị trí trong nhà và ghi nhận tình trạng sóng tại từng vị trí thành một bộ cơ sở dữ liệu sóng.
Theo Khương, để lắp đặt hệ thống này cho một tòa nhà cần 2 bước cơ bản. Thứ nhất, robot được đặt tại bất kỳ vị trí nào trong phòng. Robot sẽ tự động di chuyển tới mọi vị trí trong phòng để tạo một cơ sở dữ liệu sóng. Tiến trình này chỉ cần thực hiện một lần duy nhất cho mỗi tòa nhà mới. Sau đó, ở bước thứ hai, một máy tính chứa cơ sở dữ liệu từ robot nhận yêu cầu định vị từ người sử dụng nào đó trong nhà. Máy tính cập nhật đặc điểm của sóng điện thoại tại vị trí hiện tại chưa biết của người sử dụng rồi tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu để xác định vị trí của người. Thời gian để tìm kiếm đối tượng thường không quá 2 giây.
Hiệu quả cao, chi phí thấp
“Từ đề tài của Khương, chúng tôi đã tiến hành triển khai và cho lắp đặt một hệ thống Robot thử nghiệm cho một dãy hành lang trong phòng thí nghiệm máy tính tại trường đại học Cambridge. Robot của Khương được thiết kế với tính tự động hóa cao, tự biết tránh các vật cản trong phòng”, Tiến sĩ Robert Harle (đại học Cambridge- giáo viên hướng dẫn của Khương) nhận xét.
Về vấn đề kinh phí, có thể nói đây là giải pháp rẻ tiền nhất hiện nay vì nó tận dụng ngay chiếc điện thoại di động mà mọi người vẫn thường dùng. Chi phí vật liệu để thiết kế robot vào khoảng 300 USD là rất tiết kiệm so với các hệ thống định vị trong nhà hiện. Mặt khác, hệ thống này có độ chính xác rất cao với sai số sai số ít hơn 50cm.
Đặc biệt, hệ thống có thể được ứng dụng với quy mô lớn trong siêu thị, khi người sử dụng có thể dùng ngay sóng điện thoại để biết được gian hàng mình cần đến ở tầng mấy, biết chính xác đồ vật mình muốn mua tại ngăn nào trên tủ cửa hàng. Trong bệnh viện với hàng nghìn bệnh nhân và bác sĩ phải thường xuyên di chuyển thì chỉ cần qua hệ thống thiết bị này, các bác sĩ có thể định vị chính xác bệnh nhân (đặc biệt là các người già mất trí nhớ) đang ở đâu.
Tại hội nghị khoa học quốc tế về tâm lý ngôn ngữ lập trình PPIG 2011 tổ chức tại Anh vào đầu tháng 9.2011, trong số 20 báo cáo khoa học của các đồng tác giả là các giáo sư, tiến sĩ từ các trường đại học trên thế giới thì Khương là báo cáo viên trẻ nhất và duy nhất của Châu Á. Mặc dù chưa phải là tiến sĩ, nhưng báo cáo khoa học được mở rộng từ đề tài: “Định vị con người (hoặc đồ vật) trong tòa nhà kín thông qua Robot và sóng Bluetooth” của Khương đã được hội nghị đánh giá cao và trao giải thưởng xuất sắc.
Chỉ mất khoảng 2 giây, một hệ thống do Nguyễn An Khương nghiên cứu có thể xác định vị trí con người hoặc đồ vật bên trong tòa nhà, siêu thị và nhiều không gian kín khác. Ý tưởng này giải quyết một bài toán tưởng quen thuộc nhưng không dễ thực hiện, bởi việc tìm chính xác một người trong công trình nhiều tầng thường khó hơn định vị ngoài trời rất nhiều. Công trình của Khương, cựu học sinh trường chuyên Lê Quý Đôn, được đánh giá cao nhờ tính thực tế, chi phí thấp và khả năng ứng dụng trong đời sống.
Năm 2010, Nguyễn An Khương, sinh năm 1988, được Ủy ban Nhân dân Thành phố Đà Nẵng tiến cử sang Vương quốc Anh học Thạc sĩ tại Đại học Cambridge. Trong thời gian học tập tại đây, anh bắt đầu nghiên cứu đề tài “Định vị con người hoặc đồ vật trong tòa nhà kín thông qua robot và sóng Bluetooth”. Đề tài xuất phát từ hạn chế của GPS, công nghệ vốn rất hữu ích ngoài trời nhưng chưa phù hợp với những không gian nhỏ, phức tạp và bị che chắn bên trong công trình.
Sóng vệ tinh GPS khó xuyên qua cấu trúc tòa nhà, trong khi tường, đồ đạc và nhiều vật dụng khác tiếp tục làm suy giảm hoặc thay đổi tín hiệu truyền đến thiết bị. Ngay cả khi GPS hoạt động, độ chính xác thường chỉ trong khoảng trên dưới 10 mét, chưa đáp ứng yêu cầu định vị trong nhà vốn có thể cần sai số tính bằng centimét. Khương vì thế chuyển hướng sang khai thác sóng điện thoại, một loại tín hiệu phổ biến, thiết bị tiếp nhận gọn nhẹ và dễ tích hợp vào hệ thống.
Trung tâm của giải pháp là một robot có khả năng mang laptop trên lưng, tự động di chuyển qua nhiều vị trí khác nhau bên trong tòa nhà. Tại mỗi điểm, robot ghi nhận tình trạng sóng điện thoại rồi tập hợp các dữ liệu thu được thành một cơ sở dữ liệu đặc trưng cho không gian. Nhờ bản đồ tín hiệu này, hệ thống có thể đối chiếu tín hiệu tại vị trí chưa biết với dữ liệu đã lưu, từ đó suy ra người dùng hoặc đồ vật đang ở đâu.
Việc lắp đặt cho một tòa nhà gồm hai bước chính, trong đó bước đầu tiên chỉ cần thực hiện một lần khi hệ thống được đưa vào công trình mới. Robot được đặt tại một vị trí bất kỳ trong phòng, sau đó tự di chuyển đến các khu vực khác để xây dựng cơ sở dữ liệu sóng đầy đủ. Ở bước tiếp theo, máy tính lưu dữ liệu nhận yêu cầu định vị, cập nhật đặc điểm tín hiệu hiện tại rồi tìm kiếm vị trí phù hợp trong cơ sở dữ liệu.
Quá trình tìm kiếm thường không kéo dài quá 2 giây, tạo nên ưu thế rõ rệt khi người dùng cần tìm nhanh một người, món hàng hoặc khu vực cụ thể. Tiến sĩ Robert Harle, giảng viên hướng dẫn của Khương tại Đại học Cambridge, cho biết hệ thống robot thử nghiệm đã được triển khai trên một dãy hành lang thuộc phòng thí nghiệm máy tính của trường. Robot có mức tự động hóa cao, có thể tự nhận biết và tránh các vật cản xuất hiện trên đường di chuyển.
Một điểm đáng chú ý khác nằm ở chi phí, bởi giải pháp tận dụng chiếc điện thoại di động mà nhiều người vốn đã sử dụng thay vì đòi hỏi thiết bị định vị chuyên dụng đắt tiền. Chi phí vật liệu chế tạo robot vào khoảng 300 USD, thấp hơn đáng kể so với nhiều hệ thống định vị trong nhà hiện có, trong khi sai số của hệ thống dưới 50cm. Tại siêu thị, công nghệ này có thể giúp khách biết gian hàng nằm ở tầng nào, đồng thời tìm chính xác món đồ trong ngăn nào trên tủ cửa hàng.
Trong bệnh viện, hệ thống còn có thể hỗ trợ bác sĩ định vị bệnh nhân giữa hàng nghìn người thường xuyên di chuyển, đặc biệt hữu ích với người cao tuổi bị mất trí nhớ. Tại hội nghị khoa học quốc tế về tâm lý ngôn ngữ lập trình PPIG 2011 tổ chức ở Anh vào đầu tháng 9 năm 2011, Khương là báo cáo viên trẻ nhất và duy nhất của Châu Á trong số 20 báo cáo khoa học. Dù chưa là tiến sĩ, báo cáo mở rộng từ đề tài định vị bằng robot và sóng Bluetooth của anh vẫn được hội nghị đánh giá cao, đồng thời nhận giải thưởng xuất sắc.
