Hệ thống phân loại rác thông minh sử dụng AI
Ngày hội STEAM của Trường Nguyễn Siêu, Hà Nội vừa diễn ra ngày 19 tháng 3 có nhiều sản phẩm sáng tạo, tâm huyết của các em học sinh, trong đó mô hình hệ thống phân loại rác bằng trí tuệ nhân tạo (AI) của hai em Nguyễn Thành Vinh và Trần Khải Tuấn học sinh lớp 8 thu hút nhiều sự quan tâm.
Đây cũng là sản phẩm của hai nam sinh giành giải nhất trong cuộc thi nghiên cứu khoa học quận Cầu Giấy, được tổ chức hồi cuối năm trước.
Theo chia sẻ của Nguyễn Thành Vinh, dự án là một hệ thống phân loại rác thông minh sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để nhận diện và phân loại các loại rác tái chế như giấy, nhựa, kim loại, thủy tinh. Mô hình sử dụng camera để chụp ảnh rác thải, sau đó AI sẽ phân tích hình ảnh và điều khiển hệ thống cơ khí để tự động gạt rác vào các thùng tương ứng. Mục tiêu chính là nâng cao nhận thức về tái chế và giúp tự động hóa quá trình phân loại rác, giảm tải cho con người.
    |
 |
| Ngày hội STEAM của Trường Nguyễn Siêu khơi dậy niềm đam mê nghiên cứu khoa học của các em học sinh. (Ảnh - NCCC) |
Khó khăn lớn nhất trong quá trình xây dựng và vận hành hệ thống theo Nguyễn Thành Vinh có lẽ là việc huấn luyện AI. "Em thu thập khoảng 15.000-20.000 hình ảnh rác từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm dữ liệu có sẵn và hình ảnh do chính em chụp. Sau đó, lọc bỏ những hình ảnh không đạt chất lượng, dán nhãn dữ liệu rồi mới có thể huấn luyện mô hình. AI cần được tối ưu để nhận diện nhanh và chính xác, vì thế quá trình thử nghiệm và tinh chỉnh tốn rất nhiều thời gian", học sinh lớp 8IG1S0, trường Nguyên Siêu chia sẻ.
Thực tế, việc tích hợp AI với phần cứng cũng là một thách thức. AI xử lý hình ảnh trên máy tính, nhưng dữ liệu phải được truyền về bộ điều khiển để điều khiển hệ thống cơ khí. Vì vậy nhóm 2 em học sinh đã mất khá nhiều thời gian để kết nối và đồng bộ giữa AI, cảm biến và bộ vi điều khiển.
|
 |
| Thành Vinh và Khải Tuấn thuyết trình về mô hình hệ thống phân loại rác bằng trí tuệ nhân tạo. |
"Để lựa chọn phần cứng phù hợp, em đã dành rất nhiều thời gian để tìm hiểu, thử nghiệm các loại camera, cảm biến và bộ vi xử lý khác nhau để đảm bảo mô hình hoạt động ổn định và có tốc độ xử lý nhanh nhất. Việc chọn sai phần cứng có thể dẫn đến độ trễ hoặc giảm độ chính xác của hệ thống, vì vậy phải kiểm tra kỹ lưỡng từng thành phần trước khi quyết định", Thành Vinh chia sẻ về một thử thách lớn khác khi xây dựng hệ thống.
Với Trần Khải Tuấn, đảm nhiệm lập trình hệ thống giao tiếp giữa các thành phần như Raspberry Pi, Arduino, camera, cảm biến và động cơ servo là phần việc cũng không hề dễ dàng. "Khi AI nhận diện xong loại rác, em và Thành Vinh sẽ lập trình để bộ vi điều khiển nhận dữ liệu và kích hoạt hệ thống gạt rác. Em cũng phát triển giao diện hiển thị để người dùng có thể theo dõi quá trình phân loại rác trên màn hình máy tính. Toàn bộ quá trình này được nhóm triển khai để đảm bảo hệ thống vận hành trơn tru và đồng bộ giữa phần cứng và phần mềm", Khải Tuấn phân tích.
Kết quả tích cực ban đầu và gợi mở nhiều mô hình AI trong tương lai
Theo chia sẻ của nhóm Thành Vinh - Khải Tuấn, các em đã thử nghiệm mô hình trong trường học và một số địa điểm nhỏ. Kết quả ban đầu khá tích cực, AI đạt độ chính xác khoảng 92% khi phân loại các loại rác phổ biến. Hệ thống có thể phân loại nhanh và tự động gạt rác vào các thùng tương ứng. Tuy nhiên, chúng em vẫn đang tiếp tục cải thiện để tăng độ chính xác và mở rộng khả năng nhận diện thêm nhiều loại rác hơn.
|
 |
| Thầy Nguyễn Văn Ninh, giáo viên Toán trường Nguyễn Siêu cùng hai nhà khoa học nhí Thành Vinh - Khải Tuấn. |
Trong tương lai, hy vọng có thể cải tiến mô hình để triển khai trong các khu công nghiệp hoặc khu dân cư cùng với mong muốn của nhóm nghiên cứu sẽ bổ sung thêm chức năng kết nối IoT để có thể theo dõi và điều khiển từ xa. Cũng như sử dụng năng lượng pin mặt trời thay thế giúp tiết kiệm tài nguyên.
|
 |
| Ngày hội STEAM 2025 còn thu hút nhiều sản phẩm nghiên cứu ứng dụng khoa học khác. |
Đồng hành cùng 2 học sinh lớp 8IG1S0 trong xây dựng hệ thống phân loại rác thông minh sử dụng AI, thầy Nguyễn Văn Ninh, giáo viên Toán trường Nguyễn Siêu bày tỏ, vì AI còn mới mẻ nên khi học sinh đề xuất, thầy cũng phải tự học cùng các em. Ban đầu, thầy Ninh lo lắng vì cho rằng việc nghiên cứu có thể quá sức với học sinh lớp 8. Song thấy các em quyết tâm, lại có nhiều tài liệu học AI, thầy tự tin đồng hành cùng các em để tạo ra mô hình.
Theo thầy Ninh, quá trình xây dựng hệ thống cần thiết phải động viên học trò cố gắng làm từ những cái cơ bản nhất, còn phần nâng cao thì khi nào thầy trò đủ kiến thức sẽ cải tiến. Chính quá trình nghiên cứu khoa học này, đã giúp ích các em có thêm kiến thức Toán, Vật lý và lập trình, đồng thời cải thiện kỹ năng giao tiếp. "Từ chỗ có phần nhút nhát, giờ đây các em có thể tự tin thuyết trình về sản phẩm của mình mà không cần thầy hỗ trợ. Biết đâu trong tương lai, sẽ học thêm ngôn ngữ lập trình để xây dựng được nhiều mô hình AI", thầy giáo Trường Nguyễn Siêu nói về kết quả.
| Nguyễn Thành Vinh và Trần Khải Tuấn học sinh lớp 8IG1S0, trường Nguyên Siêu chia sẻ, thời gian tới, nhóm sẽ tiếp tục cải thiện sản phẩm để tham dự một số cuộc thi về Tin học, khoa học kỹ thuật. Nhóm dự kiến dùng bảng mạch có tốc độ nhanh hơn, tiếp tục huấn luyện AI để mô hình này rút ngắn thời gian phán đoán và phân loại rác. Cả hai cũng muốn dùng pin mặt trời để vận hành hệ thống, thay vì sử dụng nguồn điện gia đình như hiện tại để tiết kiệm điện và thân thiện với môi trường. |