Máy phân loại rác bằng AI

Phân loại trong… tích tắc

Nguyễn Thành Vinh và Trần Khải Tuấn hiện là học sinh lớp 8, Trường THCS - THPT Nguyễn Siêu. Sản phẩm của hai nam sinh giành giải Nhất trong Cuộc thi Nghiên cứu khoa học quận Cầu Giấy (Hà Nội).

Trần Khải Tuấn cho biết, rác được đưa vào băng chuyền có cảm biến. Phát hiện có rác, băng chuyền sẽ dừng lại để camera chụp ảnh và gửi hình ảnh tới mô hình trí tuệ nhân tạo (AI) để phân loại nhằm truyền tín hiệu đến bảng mạch.

Ở phần băng chuyền có các thanh gạt phân loại rác thành các loại như: Giấy bìa, thủy tinh, kim loại và các loại rác khác. “Giới thiệu dài dòng nhưng tất cả quy trình đó chỉ gói gọn trong khoảng 2 - 3 giây rất nhanh gọn”, Tuấn nói.

Tuấn và Vinh đều là những học sinh yêu thích khoa học công nghệ. Đầu năm học 2024 - 2025, hai nam sinh bắt tay vào mày mò, thử nghiệm mô hình dưới sự hướng dẫn của thầy giáo dạy Toán Nguyễn Văn Ninh. Sau 3 tháng, sản phẩm hoàn chỉnh với tính năng nhận diện, phân loại rác cực kỳ nhanh nhạy.

Tuấn nói, ý tưởng nghiên cứu máy phân loại rác xuất phát từ thực trạng Việt Nam có nhiều rác thải có thể tái chế nhưng mọi người thường có thói quen vứt thẳng ra môi trường. Nếu có máy phân loại rác đưa vào ứng dụng thực tiễn sẽ tận dụng tối đa tài nguyên rác, bảo vệ môi trường.

Sau khi tham khảo các sản phẩm đã có, hai nam sinh thấy rằng có thể dùng AI để cải thiện hiệu suất, tạo ra sự khác biệt. “Bọn em dùng AI vì đây là xu hướng công nghệ, đồng thời AI sẽ giúp hệ thống vận hành nhanh, tự động”, Tuấn cho hay. Chốt được ý tưởng, cả hai lập kế hoạch, rồi chia nhau làm. Vinh xây dựng mô hình AI và chuẩn bị phần cứng. Còn Tuấn với lợi thế đã học lập trình từ lớp 6, đảm nhận lập trình và kết nối các thiết bị của hệ thống.

Điểm mấu chốt nằm ở việc AI “học” cách nhận biết rác. Thay vì chỉ dựa trên cảm biến màu sắc hoặc khối lượng, AI giúp nhận diện qua hình ảnh chi tiết, vì thế độ chính xác cao hơn. Chẳng hạn, AI sẽ phân biệt được chai nhựa dính nhãn giấy, mảnh giấy có mực in, hay thủy tinh màu khác nhau. Với các hệ thống không dùng AI, những trường hợp “lai” như chai nhựa kèm nilon mỏng đôi khi gây nhầm lẫn.

Theo Vinh, trở ngại lớn nhất chính là lập trình AI. Hai nam sinh phải xây dựng một mạng nơ-ron nhân tạo (Neural Network), sau đó thu thập khoảng 15.000 - 20.000 hình ảnh rác từ nhiều nguồn khác nhau: mạng Internet, ảnh tự chụp, ảnh do bạn bè cung cấp. Quá trình này đòi hỏi sự kiên trì. Mỗi bức ảnh chất lượng xấu, mờ nhòe hoặc trùng lặp đều phải loại bỏ. Chất lượng dữ liệu đầu vào càng tốt, khả năng nhận dạng của AI càng chính xác.

Sau đó, Vinh và Tuấn lắp rắp phần cứng của hệ thống. Tuấn cho biết vật liệu chủ yếu là nhựa, tương đối đơn giản và dễ kiếm nên không mất nhiều thời gian. Sản phẩm được hoàn thành vào tháng 11/2024. Theo Tuấn, hệ thống này phù hợp dùng ở các khu tập kết rác trong chung cư hoặc tổ dân phố.

Tự động phân loại rác

Mặc dù tự tin với sản phẩm nghiên cứu khoa học kỹ thuật đầu tay đã mang tính ứng dụng thực tiễn cao, có thể đặt ở các tổ dân phố hoặc cơ quan, trường học giúp phân loại rác tuy nhiên, hai nam sinh cho biết, sẽ tiếp tục nghiên cứu, cải tiến bảng mạch để có thể rút ngắn hơn nữa quy trình xử lý, phân loại rác. Ngoài ra, máy đang hoạt động do sử dụng nguồn điện và hai em kỳ vọng trong tương lai có thể thay thế bằng năng lượng mặt trời hoặc nguồn năng lượng khác.

Thầy Nguyễn Văn Ninh chia sẻ, nói đến học sinh lớp 8 có sản phẩm thi Khoa học kỹ thuật là khá mới mẻ, nhất là lĩnh vực công nghệ AI khá khó nhưng với sự háo hức, ham mê, quyết tâm các em đã làm được.

Từ những bước cơ bản ban đầu, học sinh đọc tài liệu, thực hành và dần tự tin từ việc chủ động tìm kiếm tài liệu, xử lý lỗi, thuyết trình... Cũng theo thầy Ninh, từ đầu, thầy trò đã mong muốn có một sản phẩm không chỉ đi dự thi mà phải có ý nghĩa, giá trị thực tế cho cộng đồng, xã hội.

Học sinh phải sử dụng các kiến thức tích hợp đã được học và sử dụng công nghệ tối ưu nhất hiện nay là AI để có sản phẩm mới. Từ đó, thầy trò mất chừng khoảng 6 tháng mới hoàn thiện máy thu gom, phân loại rác. Ứng dụng AI, máy sẽ giúp phân loại rác nhanh, chính xác.

Thời gian tới, Tuấn và Vinh 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.

Như vậy, mô hình có thể hoạt động ở những nơi lưới điện không ổn định, đồng thời nâng cao khả năng bảo vệ môi trường. Sắp tới, cả hai sẽ trau dồi thêm kỹ năng lập trình, đặc biệt là ngôn ngữ python nâng cao, C++, để xây dựng nhiều mô hình AI khác, hỗ trợ quá trình nâng cấp sản phẩm.

Sau khi giành giải Nhất cấp quận, hai nam sinh dự kiến mang sản phẩm đi tham dự một số cuộc thi khoa học, tin học cấp thành phố. Dù biết những sân chơi đó có nhiều đối thủ giàu kinh nghiệm, thậm chí là các anh chị lớn tuổi hơn, nhưng Vinh và Tuấn vẫn xem đây là cơ hội quý để học hỏi công nghệ mới, nhất là AI nâng cao.

Khi được hỏi về tương lai, Thành Vinh bày tỏ mong muốn “đưa AI vào nhiều khía cạnh của đời sống, không chỉ dừng lại ở rác thải”. Đó có thể là phân loại nông sản, kiểm tra chất lượng sản phẩm trong dây chuyền sản xuất, hay thậm chí hỗ trợ giao thông thông minh. Những ý tưởng này thể hiện sự năng động, tiềm năng sáng tạo của thế hệ trẻ: họ nhìn thấy AI vừa là công cụ, vừa là động lực giải quyết những vấn đề nhức nhối của xã hội.