MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nƣớc Hiện nay, thế giới đang chứng kiến sự tàn phá nặng nề của COVID-19 về cả kinh tế lẫn sức khỏe, thậm chí là cả tính mạng con ngƣời, do sức lây lan tăng nhanh đến chóng mặt. Trƣớc tình hình khó khăn của các y bác sĩ không chỉ riêng cả nƣớc và cũng nhƣ toàn thế giới trƣớc chủng virus vô cùng nguy hiểm mang tên COVID-19. Nhiều giải pháp đã đƣợc đặt ra từ việc hạn chế tiếp xúc đến cách ly xã hội, một trong số những giải pháp thiết yếu là vấn đề khử trùng tại các nơi công cộng, nơi tập trung nhiều ngƣời nhƣ trƣờng học, các khu dân cƣ, sân bay đặc biệt là ở bệnh viện. Hầu hết môi trƣờng bệnh viện có nhiều nguồn virus tiềm ẩn bao gồm các bề mặt tiếp xúc, thiết bị, dụng cụ.
Nhiều phƣơng pháp diệt khuẩn, khử trùng đƣợc đƣa vào sử dụng sử dụng điển hình là dùng Ethanol 70o hoặc Isopropyl Alcohol 70o phun trực tiếp trên bề mặt nhƣ trong đề tài “Robot khử khuẩn phòng cách ly” thuộc sản phẩm trung tâm công nghệ của bệnh viện Quân Dân Y miền đông, sử dụng Isopropyl từ 70- 80o để phun khử khuẩn trực tiếp bề mặt đồng thời thiết kế vi điều khiển trung tâm Ardruino Nano, module SIM800C điều khiển cánh tay robot gắn các vòi phun sƣơng phun thuốc diệt khuẩn, kết hợp với các module điều khiển động cơ giúp xe linh động di chuyển [1]. Ngoài ra còn có phƣơng pháp diệt khuẩn bằng tia cực tím UVC nhƣ trong đề tài của nhóm Hứa Gia Thuận, Ngô Quang Trạng đã thiết kế thành công “Mô hình robot khử khuẩn bề mặt bằng tia cực tím UVC” giúp phá hủy DNA trong vi khuẩn và RNA trong virus, ngăn cản sự sinh sản và lây lan của chúng, đồng thời đề tài đã sử dụng ESP32S có tích hợp wifi để ngƣời dung dễ dàng sử dụng khi áp dụng vào thực tế và mô hình robot này đã đang đƣợc thử nghiệm ở bệnh viện quận Thủ Đức [2]. Thêm một mô hình khử khuẩn đƣợc thử nghiệm thành công của nhóm nghiên cứu thuộc viện khoa học công nghệ trƣờng đại học Phenikaa “Robot phun khử khuẩn tự hành Phenikaa-X” trong đề tài này đã kết hợp hai phƣơng pháp khử khuẩn bằng tia cực tím UVC và hoá chất khử khuẩn của học viện Phenikaa đang đƣợc sử dụng ở khu cách ly tập trung ở Bắc Giang [3]. Việc áp dụng công nghệ cao trong công tác phòng chống dịch đã giúp giảm tải lƣợng công việc cho đội ngũ bác sĩ và nhân viên y tế, cũng nhƣ hạn chế tối đa sự lây nhiễm của virus.
Nhƣng bên cạnh đó giá thành của một robot máy phun thuốc khử khuẩn khá cao, thao tác cần qua nhiều quy trình phức tạp. Tính cấp thiết của đề tài Nhằm giúp đỡ một phần nào những khó khăn trong công tác phòng chống dịch bệnh tại nơi làm việc của giảng viên trong nhà trƣờng. Nhóm tác giả đi đến nghiên cứu, thiết kế và chế tạo Robot khử khuẩn phục vụ cho khu làm việc của giảng viên khoa Điện - Điện tử của trƣờng ĐHCN Việt - Hung. Robot khử khuẩn sử dụng vi điều khiển trung tâm là kit Adruno Nano ATmega 328P, module điều khiển động cơ L298N, module bluetooth HC06, module giảm áp LM2596 và các động cơ DC.
Để nâng cao tính thực tế, nhóm đã thiết kế robot với 2 phƣơng án điều khiển là tự động và thủ công trên ứng dụng điện thoại thông minh giúp cho ngƣời dùng dễ dàng sử dụng, thuận tiện hơn trong việc điều khiển. Mục tiêu Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo robot khử khuẩn bề mặt trong và ngoài phòng làm việc điều khiển tự động hoặc bằng tay qua Mit App Inventor và khử khuẩn tay cho con ngƣời bằng cảm biến hồng ngoại. Cách tiếp cận, phƣơng pháp nghiên cứu - Cách tiếp cận: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo sản phảm phục vụ xã hội. - Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết: + Phƣơng pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở vận dụng các kết quả nghiên cứu của các công trình trong và ngoài nƣớc.
+ Phƣơng pháp mô hình hóa: Dựa trên các nghiên cứu lý thuyết về thiết bị và phần mềm ứng dụng để thiết kế và chế tạo sản phẩm. - Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn + Phƣơng pháp phân tích và tổng kết kinh nghiệm: Rút kinh nghiệm từ thực tế xã hội, từ giảng dạy các học phần thực hành điện, điện tử. Kết hợp tìm hiểu kết quả các công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc để chế tạo sản phẩm. + Phƣơng pháp thực nghiệm khoa học: Thiết kế, chế tạo và đánh giá chất lƣợng sản phẩm, hƣớng dẫn lắp đặt, sử dụng sản phẩm.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Mô hình robot khử khuẩn, công nghệ chế tạo robot, các thiết bị phần cứng, phần mềm lập trình và điều khiển động cơ một chiều, động cơ servo, cách sử dụng và thiết kế giao diện điều khiển trên MIT app inventor. - Phạm vi nghiên cứu: tại khoa Điện - Điện tử trƣờng ĐHCN Việt Hung. Nội dung nghiên cứu - Chƣơng 1. Cơ sở lý thuyết - Chƣơng 2.
Tính toán, thiết kế, chế tạo và lập trình điều khiển - Chƣơng 3. Đáng giá sản phẩm và hƣớng dẫn sử dụng Chƣơng 1. Giới thiệu một số mô hình robot khử khuẩn Hiện nay xe phun khử khuẩn mang tính công nghệ cao chƣa đƣợc áp dụng và phổ biến rộng rãi. Hầu hết những công việc khử khuẩn, phun thuốc đƣợc thực hiện bằng sức lao động của con ngƣời là chính nhƣng hiệu suất công việc chƣa cao.
Do đó, việc chế tạo sản phẩm robot khử khuẩn mang tính thiết thực để vận dụng vào thực tế với hiệu quả cao, đồng thời giảm sức lao động và tác nhân gây hại cho con ngƣời từ hóa chất là một điều cần thiết trong thời đại công nghệ 4. Vì vậy nhóm đã khảo sát một số sản phẩm mang tính công nghệ mới đƣợc áp dung trên thị trƣờng để đúc kết và lựa chọn các phƣơng án phù hợp cho đề tài. Mô hình robot khử khuẩn phòng cách ly Nhận thấy sự xuất hiện và lây lan mạnh mẽ của covid 19, công tác khử khuẩn càng đƣợc chú trọng nghiêm ngặt hơn đặc biệt là ở các khu cách ly điều trị ở bệnh viện, trƣờng học và các nơi công cộng. Với mục tiêu trên, các nhóm nghiên cứu đã thiết kế ra mô hình robot khử khuẩn phòng cách ly chuyên làm công việc khử trùng, diệt khuẩn ở các khu có nguy cơ lây nhiễm cao nhầm đảm bảo an toàn cho các nhân viên y tế.
Mô hình robot khử khuẩn phòng cách ly Mô hình sử dụng vi điều khiển trung tâm Arduino Nano và module SIM800C. Điều khiển cánh tay robot gắn các vòi phun sƣơng phun thuốc diệt khuẩn. Sử dụng cảm biến E18-D80N để phát hiện vật cản kết hợp với mạch cầu VNH2SP30 điều khiển động cơ quay thuận nghịch giúp xe di chuyển linh động. Tất cả các hoạt động của robot đều đƣợc điều khiển từ xa qua Flysky hoặc điều khiển trên giao diện web của máy tính.
Trong đó, ƣu điểm của mô hình này ngoài khả năng chính là phun khử khuẩn còn đƣợc kết hợp thêm các chức năng lau sàn nhà, vận chuyển thuốc và tự động khử khuẩn mình bằng dung dịch isopropyl 70%, hydrogen trƣớc khi ra khỏi phòng cách ly. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của robot là khả năng phản hồi chƣa tốt, cấu tạo khung bằng thép nên có trọng lƣợng lớn, ngoại hình khá cồng kềnh khó di chuyển ở khu vực nhỏ hẹp [1]. Mô hình robot khử khuẩn bề mặt bằng tia cực tím Công việc khử khuẩn dù đƣợc bảo hộ kỹ lƣỡng nhƣng vẫn có nguy cơ lây nhiễm rất cao. Đề tài này nhằm mục đích thiết kế và chế tạođƣợc mô hình robot diệt khuẩn bề mặt bằng tia cực tím UVC, đƣa ra nhiều giải pháp pháp triển giúp thuận lợi hơn trong việc làm giảm sự lây lan của virus.
Mô hình robot khử khuẩn bề mặt bằng tia cực tím Mô hình robot sử dụng kit EPS32S tích hợp sẵn module wifi làm khối xử lý trung tâm có chức năng truyền và nhận dữ liệu từ cảm biến HCSR04, cảm biến hồng ngoại để tránh vật cản. Robot sử dụng động cơ giảm tốc GA25 với tốc độ di chuyển 10cm/s và trang bị thêm 3 bóng đèn diệt khuẩn UVC giúp tăng khả năng diệt khuẩn lên đến 99%. Trong đó ƣu điểm của mô hình robot này là có thể hoạt động ở 2 chế độ bao gồm: chế độ thủ công điều khiển qua app Blynk trên điện thoại và chế độ tự động đƣợc di chuyển theo quỹ đạo zizac giúp né tránh những chƣớng ngại vật mà robot phát hiện trên đƣờng đi. Tuy nhiên, mô hình vẫn còn một số khuyết điểm nhƣ ứng dụng phản hồi chậm, thao tác di chuyển chƣa chính xác.
Đồng thời việc khử khuẩn bằng tia cực tím UVC phải đảm bảo không có ngƣời xung quanh để tránh những tác hại do loại tia này gây ra cho da và mắt [2]. Mô hình robot khử khuẩn Phenikaa-X Việc khử khuẩn ở các bề mặt tiếp xúc hiện nay hầu hết đều sử dụng chất khử trùng nhƣ cồn isopropyl 70%, clo hoạt tính nồng độ 0.1%, hoặc bằng tia tử ngoại, tia bức xạ. Đề tài này nhằm mục đích thiết kế và chế tạođƣợc mô hình robot tự hành khử khuẩn vừa bằng tia cực tím UVC vừa kết hợp dung dịch diệt khuẩn. Mô hình robot khử khuẩn Phenikaa-X Mô hình robot sử dụng vi điều khiển kit ESP32 làm khối điều khiển trung tâm.
Sử dụng công nghệ dò line 2 đầu MLSE có độ ổn định cao để robot di chuyển tự động. Điều khiển từ xa bằng sóng RF ở khoảng cách 100m khi không có vật cản và trung bình 20m khi có vật cản bằng phần mềm đƣợc cài đặt trên điện thoại hoặc máy tính bảng. Trong đó ƣu điểm chính là sử dụng đèn cực tím UVC 270W bố trí 360o kết động vòi phun hóa chất giúp dễ dàng tiêu diệt virus ở các khoảng cách khác nhau. Ngoài ra còn sử dụng máy quét laser để phát hiện ngƣời xâm nhập vào khu vực làm việc của robot và sẽ tắt đèn UVC cũng nhƣ vòi phun hóa chất ngay lập tức, điều này để đảm bảo an toàn trong quá trình diệt khuẩn.
Tuy nhiên, nhƣợc điểm của robot là chỉ di chuyển đƣợc trên tuyến đƣờng cố định có đặt sẵn đƣờng line, trƣờng hợp khi có nhiều robot khác nhau thì việc sử dụng đƣờng line sẽ trở nên phức tạp hơn. Hơn nữa, sau một thời gian sử dụng chất lƣơng đƣờng line sẽ bị bong tróc, hỏng hóc và cần phải thay thế [3].