Thạc sĩ Lưu Hải Âu giới thiệu bộ thiết bị bay cất hạ cánh thẳng đứng, sản phẩm nghiên cứu đặt tại gian hàng Triển lãm thành tựu đất nước “80 năm - Hành trình Độc lập - Tự do - Hạnh phúc” . Tại gian trưng bày của Bộ Nông nghiệp và Môi trường gây ấn tượng mạnh với sự xuất hiện của ba thiết bị chủ lực: UAV-VTOL, xuồng tự hành đo sâu hồi âm (USV Echo sounder) và đặc biệt là hệ thống UAV bầy đàn.

Trong Kỳ 1, Tạp chí Nông nghiệp và Môi trường xin giới thiệu đến bạn đọc câu chuyện về hành trình khởi nguồn, những mốc nghiên cứu tiêu biểu và bước ngoặt quan trọng đưa công nghệ UAV từ “mô hình bay” trở thành công cụ khoa học - kỹ thuật, góp phần tạo nền tảng cho hệ sinh thái không người lái bầy đàn phục vụ nông nghiệp và môi trường.

PV: Thưa ThS. Lưu Hải Âu, ông và nhóm nghiên cứu đã trải qua hơn 20 năm làm việc trong lĩnh vực đo đạc bản đồ, tài nguyên và môi trường. Điều gì đã dẫn dắt ông từ những thiết bị đơn lẻ ban đầu đến hệ thống không người lái bầy đàn như hiện nay?

ThS. Lưu Hải Âu:

Hành trình của chúng tôi khởi đầu từ những chiếc UAV mô hình RC (điều khiển bằng tay) - những thiết bị “vô tri, vô giác” vốn chỉ để bay thử nghiệm. Xuất phát điểm của tôi là ngành trắc địa - bản đồ, gắn bó nhiều năm với công tác khảo sát ở các công trình trọng điểm: biên giới, rừng núi, hải đảo, sân bay, vùng đất ngập nước ven biển. Tôi đã cùng đồng nghiệp không ít lần phải lặn lội vào rừng, trèo đèo lội suối, vác máy GNSS đi đo từng điểm trong điều kiện khắc nghiệt, hiểm trở. Cũng trong những chuyến đi ấy, tôi chứng kiến bà con vùng thiên tai luôn oằn mình chống chọi với bão lũ, sạt lở. Và tôi nhận ra, chỉ khi có dữ liệu khảo sát địa hình, môi trường đầy đủ, cập nhật kịp thời thì Nhà nước và chính quyền địa phương mới có cơ sở để dự báo, cảnh báo, quy hoạch di dân, ứng phó hiệu quả.

Chính trải nghiệm đó thôi thúc tôi đặt câu hỏi: “Liệu có thể biến những thiết bị tưởng chừng chỉ là đồ chơi thành công cụ khoa học - kỹ thuật hữu ích, tạo ra dữ liệu nhanh, chính xác, không chỉ hỗ trợ cán bộ khảo sát mà còn trở thành hệ thống chủ lực phục vụ quản lý tài nguyên, quy hoạch nông nghiệp, giám sát môi trường và ứng phó thiên tai, qua đó góp phần bảo vệ an toàn và sinh kế của cộng đồng?”

Từ câu hỏi ấy, chúng tôi bắt đầu từng bước cải tiến. Ban đầu là UAV tích hợp GNSS-IMU để thử nghiệm bay chụp ảnh, sau đó mở rộng sang AGV gắn LiDAR-Camera phục vụ mobile mapping trên mặt đất, rồi đến USV và ROV phục vụ đo sâu, lấy mẫu nước và chất đáy. Mỗi đề tài, mỗi sáng kiến đều giống như một mảnh ghép, dần dần kết nối thành bức tranh hoàn chỉnh. Và khi các mảnh ghép ấy đủ đầy, hệ sinh thái swarm UAV-AGV-USV-ROV ra đời như một bước phát triển tất yếu, đưa công tác khảo sát - bản đồ của Việt Nam tiến thẳng vào kỷ nguyên robot hóa và số hóa.

PV: Xin ông chia sẻ với bạn đọc Tạp chí về những mốc đề tài nghiên cứu tiêu biểu và ý nghĩa của chúng trong quá trình hình thành hệ sinh thái này?

ThS. Lưu Hải Âu:

Đề tài 2014-2015 - VRS GNSS: Giải quyết bài toán đo định vị GNSS động theo công nghệ trạm tham chiếu ảo (GNSS-VRS)  không cần base ngoài thực địa (giảm bớt nhận lực, máy gnss cho trạm base cố định, nâng cao độ chính xác định điểm). Đây là nền tảng khoa học để mọi thiết bị UAV, AGV, USV định vị chính xác.

Đề tài 2017-2019 - UAV tích hợp IMU-GNSS-VRS-camera: Cải tiến biến UAV rc thành UAV chuyên dụng, bay chụp thành lập bản đồ tỷ lệ lớn, giảm 80% đo khống chế ảnh ngoại nghiệp (công việc khó khăn và tốn kém nhất trong quá trình thành lập bản đồ địa hình tỉ lệ lớn bằng UAV). Biến UAV từ “mô hình bay” thành công cụ khoa học chuẩn mực.

Đề tài 2018-2021 - USV tích hợp GNSS-IMU-RTK & Sonar: Mở ra “không gian dữ liệu dưới nước”, sản phẩm hệ thống phần mềm điều khiển và xử lý dữ liệu đo sâu hồi âm tự động tích hợp được trên xuồng có người lái và không người lái (USV-Echo sounder), khảo sát thủy văn, bản đồ đáy sông biển.

Sáng kiến KHCN cấp Bô 2020 - Nghiên cứu chế tạo bộ 3 hệ thống UAV-AGV-USV: Bước ngoặt khi ba nền tảng phối hợp, ứng dụng thực tế trong lũ miền Trung, lập bản đồ 1:1000 chỉ trong vài ngày. Ý nghĩa: từ thiết bị không người lái rời rạc sang hệ sinh thái liên hợp.

Đề tài KHCN 2022-2023 - Nghiên cứu thiết kế chế tạo xe không người lái tích hợp (AGV-Survey & Mobile Mapping): Giúp khảo sát ở khu vực UAV không thể bay (hầm, rừng rậm, đô thị phức tạp). Bổ sung dữ liệu mặt đất chính xác cao.

Đề tài KHCN 2022 - 2023 - Nghiên cứu chế tạo xuồng không người lái (USV-echo sounder) lấy mẫu nước mặt & chất đáy: Sản phẩm xuồng không người lái nội địa tự động lấy mẫu môi trường theo điểm thiết kế sẵn hoặc theo tuyến ngẫu nhiên. Ý nghĩa: chuyển từ “đo đạc vật lý” sang quan trắc toàn diện nông nghiệp - môi trường - thủy lợi.

Tôi nghĩ rằng, mỗi đề tài là một “nút thắt” khoa học cần tháo gỡ. Chính sự nối tiếp này đã tạo nền móng cho swarm UAV-AGV-USV-ROV.

Quyền Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Môi trường Trần Đức Thắng thăm mô hình máy bay không người lái do các nhà khoa học của Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ nghiên cứu, sáng chế tại gian hàng Triển lãm thành tựu đất nước “80 năm - Hành trình Độc lập - Tự do - Hạnh phúc”

PV: Vậy sáng kiến UAV-AGV-USV cấp Bộ năm 2020 có vai trò như thế nào thưa ông?

ThS. Lưu Hải Âu:

Năm 2020 là với nhiều sự kiện cho nhóm nghiên cứu. Trước đó, UAV, AGV, USV chỉ hoạt động riêng lẻ. Khi tích hợp, chúng tôi chứng minh được sức mạnh cộng hưởng: trên không - mặt đất - dưới nước phối hợp, chia sẻ dữ liệu, hỗ trợ cứu hộ cứu nạn. Sau lũ miền Trung, hệ thống đồng bộ này đã lập bản đồ địa hình 1:1000 cho Khe Sanh (Quảng Trị) và Hạ Hòa (Phú Thọ) trong vài ngày - việc mà trước đây phải mất hàng tuần, thậm chí hàng tháng. Từ thực tiễn ấy, chúng tôi xác định: phải tiến lên swarm - hệ thống bầy đàn thông minh, UAV bay song song, AGV và USV hỗ trợ đồng bộ, hình thành một hệ sinh thái đa nền tảng phục vụ chiến lược cho ngành.

PV: Vậy điểm khác biệt của hệ sinh thái UAV-AGV-USV-ROV nội địa so với thiết bị nhập ngoại là gì thưa ông?

ThS. Lưu Hải Âu:

Các hệ thống nhập ngoại hiện nay ở Việt Nam chủ yếu là UAV đơn lẻ, phục vụ bay chụp ảnh hoặc tích hợp LiDAR, GNSS. Giá thành cao, từ vài chục nghìn đến hàng trăm nghìn USD mỗi bộ và vẫn phải phụ thuộc bảo trì, cập nhật phần mềm từ hãng sản xuất.

Trong khi đó, hệ thống UAV-AGV-USV bày đàn liên hợp thì chưa hề có đơn vị dân sự nào ở Việt Nam nhập khẩu và triển khai chính thức. Lý do là chi phí quá cao, yêu cầu kỹ thuật phức tạp, và quan trọng nhất là không phù hợp điều kiện địa hình, khí hậu đặc thù của Việt Nam. Chính vì vậy, chúng tôi buộc phải tự chế tạo và nội địa hóa, vừa tiết kiệm chi phí, vừa làm chủ công nghệ để phục vụ thực tiễn.

Cuộc trò chuyện với ThS. Lưu Hải Âu cho thấy một hành trình bền bỉ: từ những UAV RC đơn sơ đến hệ sinh thái robot bầy đàn đa nền tảng phục vụ nông nghiệp, môi trường và ứng phó thiên tai. Đây không chỉ là câu chuyện của sáng tạo khoa học - công nghệ, mà còn là minh chứng cho khát vọng nội địa hóa, làm chủ công nghệ, góp phần xây dựng nền nông nghiệp và môi trường phát triển bền vững. Trong Kỳ 2, Tạp chí Nông nghiệp và Môi trường sẽ cùng bạn đọc tiếp tục lắng nghe ThS. Lưu Hải Âu chia sẻ về những khó khăn trong hành trình nghiên cứu, các giải pháp vượt thách thức, niềm vui, động lực, cũng như kỳ vọng cho tương lai của hệ sinh thái không người lái bầy đàn.

Hồng Minh (thực hiện)