Võ Thị Yến Linh
Fan Cứng
Thiết bị do nhóm sinh viên chế tạo có thể chuyển năng lượng từ bước chân thành điện để sạc điện thoại, thắp sáng, với chi phí 800.000 đồng.
Chủ nhân của nghiên cứu này là Lê Huỳnh Đức, Biện Thị Mỹ Xuyên, Nguyễn Ngọc Đính, Nguyễn Thanh Tuấn, Lý Văn Khánh, sinh viên năm thứ ba, khoa Công nghệ Điện tử của trường Đại học Công nghiệp TP HCM.
Ý tưởng của nhóm nảy nở từ những lần quan sát khuôn viên các trường đại học, trung tâm thương mại hay bến xe buýt - đều là những nơi đông đúc, nhộn nhịp.
"Như trường mình, diện tích khuôn viên không lớn nhưng mật độ sinh viên đi lại rất đông, tại sao không biến những bước chân thành một nguồn năng lượng có thể sử dụng được", Lê Huỳnh Đức, trưởng nhóm, chia sẻ.
Thiết bị tạo dòng điện từ bước chân do nhóm sinh viên trường Đại học Công nghiệp TP HCM chế tạo. Video: Nhân vật cung cấp
Các thành viên nhớ đến nguyên lý hoạt động của áp điện (piezoelectric) là điện được tích tụ hoặc được sinh ra ở một số vật liệu rắn khi chịu tác động của áp suất cơ học, như lực đè, nén. Từ đó, nhóm nghĩ đến một thiết bị có thể tạo ra dòng điện từ áp suất khi lực của bước chân tác động lên.
Sau 3 tháng nghiên cứu, thử nghiệm, thiết bị The VibraEnergy ra đời. Sản phẩm có hai bộ phận chính: tấm nhựa mica 25x35 cm tích hợp cảm biến piezoelectric để nhận lực giẫm từ bước chân, rồi chuyển hóa thành dòng điện. Bộ phận còn lại tích trữ điện thu được. Trên bộ phận này gắn bảng điện tử, hiển thị lượng điện thu được mỗi khi có lực tác động và lượng điện đã tích lũy. Ngoài ra, Đức và các bạn thiết kế 4 thanh chống dưới bề mặt nhựa mica, khi có lực tác động, thiết bị không lún hoặc biến dạng, tạo trải nghiệm tự nhiên, thoải mái hơn khi di chuyển cho người dùng.
Dòng điện khi chuyển sang bộ phận tích trữ, có thể dùng sạc điện thoại hay các thiết bị di động ở nơi công cộng, thắp sáng đèn, biển quảng cáo.
Các thành viên cũng đặt ra tình huống là những dịp lễ, đường phố vắng người đi lại hơn nhưng thiết bị vẫn phải có nguồn điện bổ sung để đáp ứng nhu cầu của người dùng. Do đó, sản phẩm được kết hợp với tấm pin năng lượng mặt trời để có nguồn năng lượng thay thế liên tục, ổn định ngay cả khi vắng người.
Theo nhóm nghiên cứu, đây là điểm khác biệt so với những thiết bị tương tự trước đó.
Bộ thiết bị khi kết hợp thêm pin năng lượng mặt trời. Ảnh: Nhân vật cung cấp
Đức cho biết bộ thiết bị rất nhẹ, chưa đến 3 kg, chịu tải trọng tốt với chi phí thiết kế thử nghiệm khoảng 800.000 đồng, độ bền hơn 2 năm. Là sản phẩm mẫu nên nhóm sử dụng vật liệu nhựa mica dễ mua trên thị trường, với kích thước nhỏ gọn. Nhóm cũng mày mò mua vật liệu, cảm biến, chế tạo khung, làm mạch điện.
Theo Đức, lượng điện thu được với mỗi bước chân là khác nhau, tùy vào trọng lượng và lực mà con người tác động. Thử nghiệm với người cân nặng 45 kg, một bước chân có thể tạo ra lượng điện 0,047 volt. Công suất tối đa mà một cảm biến piezoelectric tạo ra được là 0,045 watt trên một bước chân.
"Chúng ta có thể chế tạo sản phẩm với kích thước lớn hơn, tương đương bề mặt sàn nhà, hành lang, vỉa hè,... để thu được lượng điện nhiều hơn", Đức giải thích, cho biết để sạc đầy một chiếc điện thoại Iphone 14 cần khoảng 3.300-5.000 bước chân, tùy tình trạng máy.
Trong 3 tháng làm sản phẩm này, Đức cho biết gian nan nhất là giai đoạn lắp ráp, làm mạch điện. Nhóm loay hoay trong hai tháng, tìm hiểu nguyên lý hoạt động của áp điện và pin năng lượng mặt trời để nối dây, tạo mạch điện. Các thành viên còn phải tính toán sao cho tấm nhựa gọn nhẹ nhất, đinh ốc không gây khó chịu khi người dùng giẫm lên, cách chống ẩm, rò rỉ điện.
"Có lần chạm mạch nên sản phẩm bị cháy, nổ, cả nhóm tranh cãi gay gắt về cách đi dây, bo mạch. Sau khi bình tĩnh, các bạn ghi chú rõ từng dây mạch, đi mua linh kiện và thực hiện lại từ đầu", Đức kể.
Nhóm sinh viên (áo đen và bạn nữ ngoài cùng bên phải) giới thiệu sản phẩm với thầy cô. Ảnh: Nhân vật cung cấp
Thạc sĩ Nguyễn Duy Khanh, giảng viên khoa Công nghệ Điện tử, trường Đại học Công nghiệp TP HCM, đánh giá ý tưởng của sinh viên độc đáo và hữu ích. Thiết bị nếu được đặt tại những nơi đông người qua lại sẽ tạo ra nguồn năng lượng đáng kể, thân thiện với môi trường, giảm điện năng tiêu thụ ở các trường học, trung tâm thương mại.
Tuy nhiên, một trở ngại để đưa sản phẩm ra thực tế là chi phí lắp đặt, bảo dưỡng có thể cao hơn pin năng lượng mặt trời hay quạt gió. Mặt khác, nhóm cần cải thiện một số chức năng, chẳng hạn như hoàn thiện sản phẩm thành một thiết bị khép kín để chống nước, bụi bẩn; nâng cấp bộ phận cơ khí và mẫu mã cho bền, đẹp hơn.
"Do chi phí có hạn, nhóm chỉ thiết kế mô hình mẫu, sử dụng cảm biến piezoelectric giá rẻ nên hiệu suất chưa cao. Để ứng dụng hoặc đưa vào sản xuất thương mại, nhóm cần cân nhắc tìm cảm biến khác để nâng cao hiệu suất", thầy Khanh gợi ý thêm.
Nhóm nghiên cứu cho biết sẽ tiếp tục theo đuổi đề tài, tìm kiếm vật liệu bền, rẻ hơn và cho hiệu năng tốt hơn với hy vọng thiết bị được đưa vào dùng trong thực tế hoặc thử nghiệm ở các trường học.
Lệ Nguyễn
Xem tiếp...
Chủ nhân của nghiên cứu này là Lê Huỳnh Đức, Biện Thị Mỹ Xuyên, Nguyễn Ngọc Đính, Nguyễn Thanh Tuấn, Lý Văn Khánh, sinh viên năm thứ ba, khoa Công nghệ Điện tử của trường Đại học Công nghiệp TP HCM.
Ý tưởng của nhóm nảy nở từ những lần quan sát khuôn viên các trường đại học, trung tâm thương mại hay bến xe buýt - đều là những nơi đông đúc, nhộn nhịp.
"Như trường mình, diện tích khuôn viên không lớn nhưng mật độ sinh viên đi lại rất đông, tại sao không biến những bước chân thành một nguồn năng lượng có thể sử dụng được", Lê Huỳnh Đức, trưởng nhóm, chia sẻ.
Thiết bị tạo dòng điện từ bước chân do nhóm sinh viên trường Đại học Công nghiệp TP HCM chế tạo. Video: Nhân vật cung cấp
Các thành viên nhớ đến nguyên lý hoạt động của áp điện (piezoelectric) là điện được tích tụ hoặc được sinh ra ở một số vật liệu rắn khi chịu tác động của áp suất cơ học, như lực đè, nén. Từ đó, nhóm nghĩ đến một thiết bị có thể tạo ra dòng điện từ áp suất khi lực của bước chân tác động lên.
Sau 3 tháng nghiên cứu, thử nghiệm, thiết bị The VibraEnergy ra đời. Sản phẩm có hai bộ phận chính: tấm nhựa mica 25x35 cm tích hợp cảm biến piezoelectric để nhận lực giẫm từ bước chân, rồi chuyển hóa thành dòng điện. Bộ phận còn lại tích trữ điện thu được. Trên bộ phận này gắn bảng điện tử, hiển thị lượng điện thu được mỗi khi có lực tác động và lượng điện đã tích lũy. Ngoài ra, Đức và các bạn thiết kế 4 thanh chống dưới bề mặt nhựa mica, khi có lực tác động, thiết bị không lún hoặc biến dạng, tạo trải nghiệm tự nhiên, thoải mái hơn khi di chuyển cho người dùng.
Dòng điện khi chuyển sang bộ phận tích trữ, có thể dùng sạc điện thoại hay các thiết bị di động ở nơi công cộng, thắp sáng đèn, biển quảng cáo.
Các thành viên cũng đặt ra tình huống là những dịp lễ, đường phố vắng người đi lại hơn nhưng thiết bị vẫn phải có nguồn điện bổ sung để đáp ứng nhu cầu của người dùng. Do đó, sản phẩm được kết hợp với tấm pin năng lượng mặt trời để có nguồn năng lượng thay thế liên tục, ổn định ngay cả khi vắng người.
Theo nhóm nghiên cứu, đây là điểm khác biệt so với những thiết bị tương tự trước đó.
Bộ thiết bị khi kết hợp thêm pin năng lượng mặt trời. Ảnh: Nhân vật cung cấp
Đức cho biết bộ thiết bị rất nhẹ, chưa đến 3 kg, chịu tải trọng tốt với chi phí thiết kế thử nghiệm khoảng 800.000 đồng, độ bền hơn 2 năm. Là sản phẩm mẫu nên nhóm sử dụng vật liệu nhựa mica dễ mua trên thị trường, với kích thước nhỏ gọn. Nhóm cũng mày mò mua vật liệu, cảm biến, chế tạo khung, làm mạch điện.
Theo Đức, lượng điện thu được với mỗi bước chân là khác nhau, tùy vào trọng lượng và lực mà con người tác động. Thử nghiệm với người cân nặng 45 kg, một bước chân có thể tạo ra lượng điện 0,047 volt. Công suất tối đa mà một cảm biến piezoelectric tạo ra được là 0,045 watt trên một bước chân.
"Chúng ta có thể chế tạo sản phẩm với kích thước lớn hơn, tương đương bề mặt sàn nhà, hành lang, vỉa hè,... để thu được lượng điện nhiều hơn", Đức giải thích, cho biết để sạc đầy một chiếc điện thoại Iphone 14 cần khoảng 3.300-5.000 bước chân, tùy tình trạng máy.
Trong 3 tháng làm sản phẩm này, Đức cho biết gian nan nhất là giai đoạn lắp ráp, làm mạch điện. Nhóm loay hoay trong hai tháng, tìm hiểu nguyên lý hoạt động của áp điện và pin năng lượng mặt trời để nối dây, tạo mạch điện. Các thành viên còn phải tính toán sao cho tấm nhựa gọn nhẹ nhất, đinh ốc không gây khó chịu khi người dùng giẫm lên, cách chống ẩm, rò rỉ điện.
"Có lần chạm mạch nên sản phẩm bị cháy, nổ, cả nhóm tranh cãi gay gắt về cách đi dây, bo mạch. Sau khi bình tĩnh, các bạn ghi chú rõ từng dây mạch, đi mua linh kiện và thực hiện lại từ đầu", Đức kể.
Nhóm sinh viên (áo đen và bạn nữ ngoài cùng bên phải) giới thiệu sản phẩm với thầy cô. Ảnh: Nhân vật cung cấp
Thạc sĩ Nguyễn Duy Khanh, giảng viên khoa Công nghệ Điện tử, trường Đại học Công nghiệp TP HCM, đánh giá ý tưởng của sinh viên độc đáo và hữu ích. Thiết bị nếu được đặt tại những nơi đông người qua lại sẽ tạo ra nguồn năng lượng đáng kể, thân thiện với môi trường, giảm điện năng tiêu thụ ở các trường học, trung tâm thương mại.
Tuy nhiên, một trở ngại để đưa sản phẩm ra thực tế là chi phí lắp đặt, bảo dưỡng có thể cao hơn pin năng lượng mặt trời hay quạt gió. Mặt khác, nhóm cần cải thiện một số chức năng, chẳng hạn như hoàn thiện sản phẩm thành một thiết bị khép kín để chống nước, bụi bẩn; nâng cấp bộ phận cơ khí và mẫu mã cho bền, đẹp hơn.
"Do chi phí có hạn, nhóm chỉ thiết kế mô hình mẫu, sử dụng cảm biến piezoelectric giá rẻ nên hiệu suất chưa cao. Để ứng dụng hoặc đưa vào sản xuất thương mại, nhóm cần cân nhắc tìm cảm biến khác để nâng cao hiệu suất", thầy Khanh gợi ý thêm.
Nhóm nghiên cứu cho biết sẽ tiếp tục theo đuổi đề tài, tìm kiếm vật liệu bền, rẻ hơn và cho hiệu năng tốt hơn với hy vọng thiết bị được đưa vào dùng trong thực tế hoặc thử nghiệm ở các trường học.
Lệ Nguyễn
Xem tiếp...