Cỗ máy cao hơn hai mét dừng sát một cây giữa vườn cao su ở Đồng Nai vươn cánh tay hình trụ kẹp chặt thân cây làm khung tựa cho đầu dao cạo dịch chuyển vòng cung, rồi cắt một đường dài trên vỏ gỗ. Kỹ sư Đỗ Minh Tâm (Đồng Nai), tác giả của cố máy, nhà sáng lập Công ty Robot Và Cao su Tân Ý, cho biết, nó đang làm công việc của một công nhân cạo mủ cao su. Đây chính là robot ông Tâm đã dành bốn năm phát triển. Robot - nặng hơn nửa tấn và trông giống một khung sắt lớn - có lực cắt và độ chính xác vượt trội so với ngay cả người thợ lành nghề nhất.
Ông Tâm cho biết, robot tạo những vết cắt thường liền mạch - thứ mà công nhân không làm được do lực tay yếu. Thông thường, công nhân phải "cạo nhịp", kéo dao 2-3 cm, lùi lại lấy đà rồi tiếp tục. Thao tác này giúp đường dao không đi quá sâu - làm ảnh hưởng đến lõi gỗ, hoặc quá nông - làm giảm sản lượng. Đổi lại, nhịp đứt đoạn làm dập miệng những ống mủ chạy dọc vỏ cây, không thể cho sản lượng lớn như đường cạo liền.
Đây cũng là lý do trong thử nghiệm ở Tổng Công ty Cao su Đồng Nai, trên lô 51 cây, robot thu được lượng cao su hơn gấp rưỡi so với mức tham chiếu của công nhân. "Cạo mủ cao su là thao tác phù hợp với robot hơn rất nhiều so với con người", ông Tâm nói.
Kỹ sư Việt chế tạo robot cạo mủ cao su thay người
Robot cạo mủ cao su tại vườn. Video: Tân Ý
Hơn bốn năm chỉnh đường dao
Ý tưởng đến với ông Tâm từ năm 2022, trong quá trình làm việc với một doanh nghiệp cao su về nhu cầu tự động hóa. Khai thác cao su đòi hỏi làm việc từ 2-5 giờ sáng khi cây có thể cho nhiều mủ nhất, trong môi trường đồi núi trơn trượt, ẩm ướt, thiếu ánh sáng, nhiều CO2. Công nhân thường mắc các bệnh xanh da, thiếu máu, dị ứng mủ cao su, bệnh đường hô hấp. Chính vì thế, cạo mủ cao su được xếp vào danh mục công việc đặc biệt nặng nhọc, độc hại và có độ tuổi nghỉ hưu sớm hơn bình thường.
Trong khi đó các giải pháp tự động hóa sẵn có không hiệu quả. Phần lớn là các thiết bị gắn riêng từng thân cây, dẫn đến chi phí cao, để thay thế một nhân công cần hơn 2.000 máy với tổng chi phí nhiều tỷ đồng. Do kích thước nhỏ và công suất thấp, các thiết bị này phải sử dụng lưỡi dao rung để cắt qua vỏ gỗ của cây, làm dập các ống mủ và giảm sản lượng.
Với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực cơ khí chính xác, ông Tâm cùng cộng sự muốn tạo ra giải pháp tự động hóa, giải quyết tình trạng thiếu hụt lao động trầm trọng của ngành.
Cuối năm 2022, lần đầu đưa robot ra vườn, nhóm gặp hàng loạt vấn đề: máy đến cây không đúng vị trí, đường cạo thiếu chính xác, gặp cây nghiêng không cạo được. Thử nghiệm cho thấy khoảng cách giữa một cỗ máy có thể chuyển động và giải pháp thay thế được thao tác của thợ cạo mủ. Robot phải tìm đúng cây, đưa tay máy vào đúng chỗ, điều khiển lưỡi dao trên những thân cây khác nhau về độ nghiêng, hình dạng và bề mặt vỏ.
Theo ông Tâm, phức tạp nhất là xác định và giữ ổn định đường dao. Đến giữa năm nay thao tác cạo của robot mới hoàn thiện. Yêu cầu đặt ra là lưỡi dao phải cạo cách tầng gỗ của cây khoảng 1-1,3 mm, đủ để mở tối đa ống mủ ở lớp vỏ nhưng không làm tổn thương lớp lõi. Mỗi lần cạo chỉ được lấy đi một lát vỏ với độ dày quy định, để đạt sản lượng tối đa trong khi vẫn bảo đảm vòng đời khai thác của cây.
Thao tác này khó ngay cả với thợ lành nghề. Thông thường, công nhân bị trừ lương thưởng, hoặc hạ bậc khi cạo phạm vào lõi gỗ, nên có xu hướng cạo nông để tránh lỗi, dẫn đến không tối ưu sản lượng.
Nhóm giải quyết bằng cơ cấu giúp dao bám theo bề mặt vỏ gỗ, kết hợp lưu độ sâu cạo riêng cho từng cây. Hiện cụm chi tiết xác định bề mặt có sai số chỉ trong khoảng 0,3 mm. Cụm cơ khí và kỹ thuật cạo cũng được bảo hộ sáng chế độc quyền.
Điểm đặc biệt tiếp theo nằm ở sức mạnh. Tận dụng độ chính xác đường dao, nhóm Tân Ý chế tạo robot đủ lực kéo dao liên tục để "cắt ngọt" toàn bộ các ống mủ dọc thân cây, mủ chảy thông suốt hơn và cho sản lượng cao hơn.
Bên cạnh thao tác kỹ thuật, khả năng điều hướng vốn đơn giản với con người cũng là thách thức với robot tự hành. Ông Tâm cho biết, hệ thống sử dụng một lidar, thiết bị đo khoảng cách và góc quét bằng tia laser, không cần GPS và chỉ sai số vị trí trong khoảng 3 cm. Khi robot dừng tại cây, các cơ cấu đưa đầu cạo vào vị trí để thực hiện đường dao.
Khả năng hoạt động trong môi trường thực
Robot cho sản lượng vượt trội, nhưng cần thời gian định vị, di chuyển và tập hợp các thao tác. Do đó, giải pháp vẫn chậm hơn con người, hiện mất khoảng 45 giây cho một chu kỳ cạo. Lợi thế nhóm theo đuổi là độ chính xác, ổn định, tốc độ và khả năng làm việc liên tục nhiều giờ, qua đó góp phần khắc phục tình trạng thiếu hụt thợ cạo mủ trầm trọng hiện tại trong ngành.
Đại diện Tân Ý cho biết tiếp, nhóm tục cải thiện tốc độ vận hành của robot, hướng tới mục tiêu 20 giây cho một chu kỳ, tương đương con người.
Trong phương án vận hành hiện nay, robot làm việc từ 20h đến 6h sáng hôm sau, dài hơn ca làm việc của công nhân để bù lại cho tốc độ vận hành. Cần một nhân viên giám sát 10 máy để xử lý trong trường hợp có sự cố. Ban ngày, người lao động thu mủ do robot cạo từ ca đêm, kiểm tra lại đường cạo trong khi robot được bảo dưỡng và sạc pin.
Theo ông Tâm, giá robot hiện là 420 triệu đồng. Với phương án tổ chức đội 10 robot cùng nhân công hỗ trợ, nhóm tính toán thời gian hoàn vốn khoảng 2,7 năm.
Tại chung kết Cuộc thi Sáng kiến Khoa học 2026, giải pháp được đánh giá tiềm năng thương mại hóa cao trong bối cảnh lao động khai thác cao su tại Việt Nam khoảng 300.000 người và vẫn thiếu hụt. Trên thế giới, con số này là 2,5 triệu người. Theo hội đồng giám khảo, sản phẩm cũng cho thấy thế mạnh của robot và tự động hóa, thay thế con người trong các công việc độc hại hoặc nguy hiểm. Sản phẩm được chọn vào top 5 Sáng kiến doanh nghiệp xuất sắc trong cuộc thi.
Phiên bản mới của robot với khung vỏ và mái che mưa. Ảnh: Tân Ý
Sau Sáng kiến Khoa học 2026, nhà sáng chế mong muốn có thêm nguồn đầu tư để mở rộng sản xuất và triển khai mô hình thử nghiệm tại các đồn điền cao su từ 100 hecta trở lên. "Đây là giải pháp tiềm năng thay đổi toàn diện quy trình khai thác cao su để tạo ra sản lượng 150% hoặc hơn", ông Tâm khẳng định, nhưng cần thời gian để thuyết phục khách hàng chuyển đổi từ quy trình khai thác truyền thống đã kéo dài hàng trăm năm.
Nam Nguyễn
- Nhóm nghiên cứu Việt chế tạo xương kim loại từ titan