.jpg)
Chỉ cần chiếc điện thoại hay thiết bị công nghệ thông tin kết nối với Internet là chủ nhân có thể chăm sóc cả một vườn rau “sạch” từ khi gieo hạt đến khi thu hoạch. Quy trình chăm sóc cây trồng tự động được tích hợp bởi hệ thống cảm biến không dây, bảo đảm cung cấp thông tin về ánh sáng, nhiệt độ… chính xác nhất để chăm sóc kịp thời. Đó chính là sản phẩm Đề tài nghiên cứu, ứng dụng “Xây dựng mô hình thủy canh sản xuất rau sạch trong nhà kính” của các giảng viên Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông.
Từ ý tưởng trồng rau trên máy tính
Mặc dù là “chuyên gia” máy tính bộ môn Công nghệ ô tô và hệ thống cảm biến, nhưng thạc sĩ Vũ Thành Vinh lại là người rất say sưa với những ứng dụng công nghệ thông tin vào lĩnh vực sản xuất nông nghiệp. Anh chia sẻ: “Mê trồng cây, nên tôi thường xuyên tự tìm hiểu về cây trồng. Sau này khi tiếp cận máy tính lại có nhiều trò chơi trồng cây, khiến tôi càng đam mê hơn. Bằng những kiến thức học trong trường và tìm hiểu thực tế sau những chuyến tham quan học tập tại các trường đại học trong nước và quốc tế, tôi quyết định tiếp cận và xây dựng mô hình ứng dụng công nghệ tin học vào quy trình trồng, chăm sóc cây. Có nghĩa là từ trồng cây trong game để đưa ra trồng trên thực tế, theo một quy trình được lập trình, tích hợp toàn bộ hệ thống cảm biến để cảm nhận được tất cả những yếu tố cần thiết cho sinh trưởng, phát triển của cây trồng”.
Năm 2010, Thạc sĩ Vũ Thành Vinh tiếp cận với các tài liệu về ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất nông nghiệp, trong đó anh đặc biệt ấn tượng với công nghệ trồng rau và hoa quả bằng phương pháp thủy canh trong nhà kính (không sử dụng đất) với việc tự động giám sát quá trình sinh trưởng và tự động điều chỉnh chế độ dinh dưỡng (EC/TDS, pH,..), môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng,…) trên tạp chí khoa học trẻ của Hiệp hội khoa học trẻ Hoa Kỳ và tạp chí ứng dụng khoa học Israel. Với các chỉ số thống kê năng suất trồng cây trong nhà kính không sử dụng đất cao hơn từ 10 đến 30 lần so với trồng cây bằng phương thức truyền thống. Vũ Thành Vinh càng thêm “vỡ lẽ” về những trò game trong máy tính, trong điện thoại di động là không phải viễn tưởng mà chính là những sản phẩm mà công nghệ đã làm được. Bởi thế anh bắt đầu chuyển hướng nghiên cứu, làm việc là lựa chọn con đường ứng dụng để thúc đẩy hoạt động nghiên cứu khoa học.
Năm 2012, sau chuyến tham quan tại một trường đại học của Thái Lan cùng lãnh đạo Trường, Thạc sĩ Vũ Thành Vinh một lần nữa bị thuyết phục bởi mô hình thâm canh bằng thủy canh với cây dưa leo, rau xanh và điều chỉnh nhiệt độ, ánh sáng từ hiệu ứng nhà kính cho cây xanh trong khuôn viên nhà cao tầng. Trở về với đề xuất “táo bạo” anh xin Nhà trường tiếp nhận biên chế cho các lĩnh vực “ngoài” ngành nghề đào tạo (Kỹ sư trồng trọt, canh nông, cơ khí, điện, tự động hóa, cử nhân sinh hóa) để cùng thực hiện các đề tài ứng dụng công nghệ thông tin. Gần chục cộng sự, mỗi người một lĩnh vực học tập đã hóa thân thành những nông dân, công nhân cơ khí, điện, nước trong các khu nhà kính, phòng thí nghiệm. Mỗi thành viên có trách nhiệm tìm ra những công thức căn bản và cơ bản nhất của từng lĩnh vực khoa học trên cơ sở theo dõi, ghi chép thực tế và tích hợp các thuật toán học, số hóa vào các phần mềm quản lý trên máy tính, tạo thành hệ thống đồng bộ, phú hợp cho đặc tính sinh trưởng, hóa lý, môi trường tự nhiên, khí hậu của vùng…
Đến vườn rau sạch
Gần 3 năm lặn lội tích lũy và chuẩn bị, năm 2014 Thạc sĩ Vũ Thành Vinh cùng các cộng sự đã cho ra đời khu thực nghiệm nhà kính gần 90m2 sản xuất rau sạch, dưa leo cùng hệ thống thủy canh, quạt gió, lọc mát và điều chỉnh ánh sáng, nhiệt độ tự động. Tất cả đều hiển thị điều khiển trên các thiết bị máy tính, điện thoại di động… Theo đó là hàng trăm trang giấy thuyết trình chi tiết các thuật toán, đặc tính sinh hóa và lập trình về đặc tính sinh trưởng, phát triển của từng loại cây trồng.
Nắng tháng Tám rát bỏng, chúng tôi đến khu thực nghiệm nhà kính nằm giữa bốn bề sân bê tông, nhà cao tầng mới hoàn thiện của Trường Công nghệ thông tin và Truyền thông. Ấn tượng đầu tiên khi bước qua cửa kính là một không gian ẩm, mát của hệ thống tự động lọc không khí bằng hơi nước phả lên những giàn rau xanh vượt quá đầu người, khiến tất cả nóng bức như được trút bỏ tức thì. Thạc sĩ Vũ Thành Vinh cho chúng tôi biết: Hệ thống thủy canh tự động trong nhà kính là hệ thống phức tạp, liên kết nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ khác nhau, đặc biệt là công nghệ cảm biến và mạng cảm biến, công nghệ kỹ thuật điện - điện tử, tự động hóa và công nghệ trồng trọt, công nghệ thông tin & truyền thông. Đầu tiên là nghiên cứu và pha chế dung dịch dinh dưỡng theo từng giai đoạn sinh trưởng của dâu tây và một số loại rau và hoa quả đó là dưa leo, rau cải ngọt, xà lách. Để làm được điều này, nhóm tác giả sẽ nghiên cứu kỹ quá trình sinh trưởng, yêu cầu dinh dưỡng, kỹ thuật chăm sóc, vấn đề về sâu bệnh và kỹ thuật phòng tránh sâu bệnh cho các loại rau và hoa quả được lựa chọn để thử nghiệm. Toàn bộ kết quả thực nghiệm được tích hợp thành công thức. Tiếp đến là ứng dụng kỹ thuật điều chỉnh tự động sẽ dựa vào số liệu đo được thông qua điều chỉnh tham số. Dựa vào đó, hệ thống điều khiển sẽ được vận hành để pha chế dung dịch theo đúng tiểu chuẩn tương ứng với cây trồng cần chăm sóc.
Bên cạnh đó, việc ổn định môi trường phù hợp đặc tính từng loại cây tròng trong nhà kính được sử dụng thuật toán bảo đảm tính chính xác, ổn định môi trường sinh trưởng được nhóm nghiên cứu xây dựng dựa theo số liệu của môi trường do các cảm biến thu thập được. Thu thập số liệu về dinh dưỡng và điều kiện môi trường được thực hiện tự động theo định kỳ gửi về qua môi trường không dây tới nút chủ, gửi tới máy tính và lưu trữ tại máy chủ trên mạng Internet. Do đó, nhóm nghiên cứu cần thiết kế và xây dựng giao thức truyền thông không dây cho hệ thống mạng cảm biến này, nhằm đảm bảo được độ chính xác và an toàn dữ liệu trong quá trình thu thập số liệu. Hệ thống phần cứng, phần mềm có khả năng tương tác được với các thiết bị phần cứng theo giao thức mà cả nhóm thiết kế và xây dựng.
Nhìn bó rau muống non mơn mởn, không bám một vết đất chỉ sau 20 ngày gieo trồng, rau cải sau 30 ngày chúng tôi không khỏi ngạc nhiên. Ths. Vũ Thành Vinh và các cộng sự khẳng định: 100m2 có thể trồng được 4.000 bầu cây rau (mỗi bầu đạt 3-4 thân). Sau khi có công thức ổn định và làm được nhiều loại rau theo các mùa thì công nghệ này có thể chuyển giao rộng rãi đến các gia đình. Quy mô hơn nữa có thể mở rộng thành các nhà vườn chuyên canh mà hoàn toàn không phải tốn kém quá nhiều cho việc nghiên cứu nữa. Đây cũng chính là những mục tiêu cho định hướng đào tạo gắn với nghiên cưu và ứng dụng khoa học, công nghệ đáp ứng nhu cầu cuộc sống mà Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Thái Nguyên cũng như các nhà khoa học trẻ đang hướng đến.
