Bào cáo tư duy thiết kế và Đổi mới sáng tạo Đề tài robot thu gom và tái chế rác thải trải biển

Trong xu hướng này, ý tưởng sử dụng robot tự động thu gom và tái chế rác thải trên biển nổi lên như một giải pháp bền vững, tận dụng tối đa công nghệ hiện đại nhằm bảo vệ đại dương.. Nhó

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

*****

- -ĐỀ TÀI: ROBOT THU GOM VÀ TÁI CHẾ RÁC THẢI TRẢI BIỂN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: T.S Nguyễn Văn Hiển

SINH VIÊN THỰC HIỆN:(NHÓM 7)

Năm Học: 2024-2025BÀI BÀO CÁO

TƯ DUY THIẾT KẾ VÀ ĐỔI MỚI SÁNG TẠO

LỜI CẢM ƠN

Nhóm 7- Xin chào Thầy ạ!

Thưa Thầy! Sau quá trình lắng nghe bài giảng, nhận được sự hướng dẫn từ thầy và tìm hiểu

Internet, qua nhiều nguồn dữ liệu mà nhóm chúng em thu thập được, nhóm 7 đã tổng hợp và

làm thành bài báo cáo môn Tư duy đổi mới và thiết kế sáng tạo với chủ đề là “Tư duy thiết kế

và đổi mới sáng tạo trong lĩnh vực Robot thu gom và tái chế rác tại bãi biển ”

Cảm ơn Thầy vì đã giảng dạy và chỉ dẫn chúng em hoàn thành bài báo cáo này Chúng em

chúc Thầy luôn có thật nhiều sức khỏe, hạnh phúc, vui vẻ và luôn thành công trong mọi công

việc

Làm sao quên được ơn thầy

Công người dạy dỗ có ngày hôm nay

Nét đầu thầy phải cầm tay

Rèn con chữ viết mới ngay thẳng hàng

Nhớ thầy nhớ chiếc đò ngang

Tay thầy chèo chồng đưa sang bao người

Nhọc nhằn gian khổ vẫn vui

Vì đàn em nhỏ vì đời mai sau

Từng đoàn nổi tiếp kề nhau.

Dựng xây đất nước sớm mau bằng người

Non sông hùng vĩ đẹp tươi

Có công thầy đã tô bồi ngày qua

(Nhớ công ơn thầy - Nguyễn Văn Chiểu)

Chúng em cảm ơn Thầy ạ!

MỤC LỤC

PHẦN 1 4

PHẦN 2 4

PHÂN TÍCH VIỆC ÁP DỤNG TƯ DUY THIẾT KẾ 4

2.1 Đồng cảm (Empathy): 4

2.2 Xác định vấn đề (Define): 5

2.3 Xây dựng ý tưởng (Ideate): 6

2.4 Nguyên mẫu (Prototype): 7

2.5 Thử nghiệm (Test): 7

2.5.1 Áp dụng các tiêu chuẩn nhằm cải thiện phạm vi hoạt động của robot 9

PHẦN 3 9

PHÂN TÍCH ƯU ĐIỂM, HẠN CHẾ VÀ NGUYÊN NHÂN DẪN ĐẾN HẠN CHẾ CỦA ROBOT 9

KẾT LUẬN 11

PHẦN 1

GIỚI THIỆU

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường đang trở thành vấn đề toàn cầu, việc

tìm kiếm các giải pháp công nghệ bền vững là nhiệm vụ cấp thiết của mọi quốc gia Một trong

những thách thức lớn nhất hiện nay là tình trạng ô nhiễm rác thải nhựa trên biển Theo báo

cáo của Liên Hợp Quốc, mỗi năm có hơn 8 triệu tấn rác thải nhựa được thải ra đại dương, gây

ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái biển, các loài sinh vật và sức khỏe con người

Trước thực trạng đó, tư duy thiết kế và đổi mới sáng tạo được xem là chìa khóa để giải quyết

những vấn đề môi trường phức tạp Nhiều công nghệ tiên tiến đã được phát triển nhằm xử lý

rác thải biển, nhưng vẫn tồn tại nhiều hạn chế như chi phí cao, hiệu quả chưa tối ưu, hoặc tác

động không mong muốn đến hệ sinh thái tự nhiên Trong xu hướng này, ý tưởng sử dụng

robot tự động thu gom và tái chế rác thải trên biển nổi lên như một giải pháp bền vững, tận

dụng tối đa công nghệ hiện đại nhằm bảo vệ đại dương

Nhóm chúng em đã nghiên cứu và đề xuất một mô hình robot thông minh thu gom và tái chế

rác thải biển, ứng dụng các công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI), cảm biến IoT, năng lượng tái

tạo (mặt trời và gió), và hệ thống tái chế trực tiếp trên robot Không chỉ dừng lại ở việc thu

gom rác thải, robot còn được thiết kế để phân loại và xử lý ngay trên biển, giảm chi phí vận

chuyển và tác động đến môi trường

Mục tiêu chính của dự án không chỉ nằm ở việc giảm thiểu ô nhiễm biển mà còn hướng đến

xây dựng một hệ sinh thái phát triển bền vững, nơi con người và công nghệ chung tay bảo vệ

đại dương Dựa trên những nghiên cứu chuyên sâu, nhóm chúng em sẽ tập trung giải quyết

các nội dung chính sau:

1 Phân tích việc áp dụng phương pháp tư duy thiết kế để xây dựng mô hình robot tối ưu,

đáp ứng nhu cầu thực tế

2 Đánh giá ưu điểm, hạn chế và nguyên nhân dẫn đến hạn chế của các giải pháp hiện tại,

đồng thời so sánh với mô hình robot đề xuất

3 Đề xuất phương hướng cải tiến, bao gồm nâng cao hiệu quả thu gom, giảm chi phí vận

hành, và tăng khả năng tái chế vật liệu ngay tại chỗ

4 Mô phỏng và phân tích hiệu quả hoạt động của robot trong các môi trường biển khác

nhau, từ vùng biển ven bờ đến các đại dương sâu

Bằng cách kết hợp tư duy sáng tạo và ứng dụng công nghệ hiện đại, nhóm chúng em tin rằng

dự án không chỉ mang lại giá trị thực tiễn cao trong việc giảm thiểu ô nhiễm biển mà còn góp

phần nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường Dự án này là một bước tiến nhằm

hiện thực hóa mục tiêu xây dựng một hành tinh xanh – sạch – đẹp cho các thế hệ mai sau

PHẦN 2

PHÂN TÍCH VIỆC ÁP DỤNG TƯ DUY THIẾT KẾ

2.1 Đồng cảm (Empathy):

Đồng cảm trong tư duy thiết kế và đổi mới sáng tạo (Design Thinking) là khả năng thấu hiểu

cảm xúc, nhu cầu và khó khăn của các bên liên quan Đối với dự án robot thu gom và tái chế

rác thải trên biển, điều này đồng nghĩa với việc chúng ta phải đặt mình vào vị trí của người

dân, ngư dân, các tổ chức bảo vệ môi trường và doanh nghiệp vận tải để hiểu rõ những gì họ

cảm thấy, mong muốn và cần thiết

Nhóm chúng em đã thực hiện nhiều khảo sát và thu thập phản hồi từ cộng đồng liên quan đến

vấn đề rác thải biển Đặc biệt, thông qua các cuộc phỏng vấn và nghiên cứu thực tế, chúng em

nhận thấy tình trạng rác thải nhựa trên biển không chỉ gây thiệt hại cho ngành thủy sản mà

còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến chuỗi thực phẩm và hệ sinh thái biển Một khảo sát được

thực hiện vào tháng 9/2024 trên 1.200 ngư dân, chuyên gia môi trường, và cư dân ven biển

cho thấy:

 92% người tham gia khảo sát nhận định rằng rác thải nhựa đang gây ra ảnh hưởng

trực tiếp đến đời sống và sinh kế của họ

 87% cho rằng việc ứng dụng công nghệ, đặc biệt là robot tự động, sẽ là giải pháp hiệu

quả để thu gom rác thải trên biển

 Trong số đó, 55% bày tỏ mong muốn robot có khả năng hoạt động ở cả vùng biển ven

bờ lẫn ngoài khơi xa, đồng thời giảm thiểu tác động đến hệ sinh thái tự nhiên

Ngoài ra, nhóm cũng nghiên cứu các điều kiện thực tế như dòng chảy, sóng biển, và các

yếu tố thời tiết, để hiểu rõ hơn về những khó khăn mà rác thải trên biển gây ra Đặc biệt,

chúng em nhận thấy một số nhu cầu cụ thể như:

 Ngư dân cần giảm thiểu tác động của rác thải đến tàu cá và ngư cụ, đồng thời không

làm gián đoạn hoạt động đánh bắt

 Các tổ chức bảo vệ môi trường cần các giải pháp bền vững, sử dụng năng lượng tái

tạo để giảm thiểu phát thải và chi phí vận hành

 Doanh nghiệp vận tải biển quan tâm đến việc đảm bảo tuyến đường an toàn, tránh va

chạm với các vật thể lớn trôi nổi

Dựa trên những thấu hiểu này, nhóm đã tập trung vào thiết kế một mẫu robot thông minh

thu gom và tái chế rác thải trên biển Robot được phát triển với các tính năng vượt trội, phù

hợp với điều kiện thực tế và đáp ứng mong muốn của các bên liên quan:

 Khả năng thu gom linh hoạt: Có thể thu thập các loại rác từ mảnh vụn nhỏ đến các

vật thể lớn như lưới đánh cá bỏ lại

 Tính bền vững: Sử dụng năng lượng tái tạo từ mặt trời và gió, đảm bảo thân thiện với

môi trường

 Hiệu quả cao: Hệ thống cảm biến thông minh giúp nhận diện và phân loại rác, giảm

thời gian xử lý và tăng hiệu suất hoạt động

Công việc thấu cảm đã đóng vai trò quan trọng trong việc xác định nhu cầu của các bên liên

quan và hình thành ý tưởng ban đầu Điều này giúp nhóm xây dựng một giải pháp phù hợp,

hiệu quả và có tính ứng dụng cao, mở ra hướng đi mới trong việc xử lý rác thải biển bền

vững

2.2 Xác định vấn đề (Define):

Các dữ liệu và thông tin thu thập được ở bước “Đồng cảm” (Empathy) đã được tổng hợp

và phân tích để xác định trọng tâm vấn đề mà dự án cần giải quyết

Sau khi xây dựng chân dung khách hàng (personal map) từ các bên liên quan, nhóm đã xác

định các vấn đề chính liên quan đến ô nhiễm rác thải nhựa trên biển:

 Ngư dân: Gặp khó khăn trong hoạt động đánh bắt do rác thải nhựa mắc vào ngư cụ,

làm gián đoạn công việc và tăng chi phí vận hành

 Tổ chức bảo vệ môi trường: Yêu cầu giải pháp bền vững để thu gom và xử lý rác

thải mà không gây thêm tác động tiêu cực đến hệ sinh thái biển

 Doanh nghiệp vận tải: Đối mặt với nguy cơ va chạm với các vật thể lớn trôi nổi trên

biển, làm ảnh hưởng đến an toàn và hiệu quả vận hành

Nhóm đã nhận thấy rằng các giải pháp hiện tại như tàu thu gom thủ công hoặc công nghệ cũ:

 Chi phí cao nhưng hiệu quả chưa tối ưu.

 Tác động không mong muốn đến hệ sinh thái tự nhiên.

Dựa trên những vấn đề nóng về môi trường và nhu cầu thực tế, nhóm đề xuất giải pháp robot

tự động thu gom và tái chế rác thải biển.

Giải pháp đề xuất:

 Phát triển robot với khả năng:

o Thu gom linh hoạt từ rác nhỏ đến các vật lớn

o Sử dụng năng lượng tái tạo (mặt trời và gió) để vận hành bền vững.

o Tích hợp AI và cảm biến IoT để nhận diện, phân loại, và tái chế rác ngay trên

biển

Để nâng cao nhận thức và tương tác với cộng đồng, nhóm cũng dự kiến tổ chức các sự kiện

giới thiệu giải pháp:

 Triển lãm về robot thu gom rác thải biển.

 Talkshow, chia sẻ thông tin từ chuyên gia môi trường

 Cộng đồng ủng hộ các giải pháp công nghệ bảo vệ môi trường, kết hợp với các

chương trình khuyến khích người dân tham gia bảo vệ đại dương

Giải pháp này không chỉ đáp ứng nhu cầu của các bên liên quan mà còn đóng góp vào mục

tiêu phát triển bền vững, bảo vệ môi trường biển một cách hiệu quả

2.3 Xây dựng ý tưởng (Ideate):

Dựa trên kết quả thu thập từ các bước “Đồng cảm” (Empathy) và “Xác định vấn đề” (Define),

nhóm đã phát triển ý tưởng về một robot thông minh với khả năng thu gom và tái chế rác thải

trên biển Robot này được thiết kế nhằm giải quyết hiệu quả tình trạng ô nhiễm rác thải nhựa

đại dương, đồng thời hỗ trợ các bên liên quan như ngư dân, doanh nghiệp vận tải biển và tổ

chức bảo vệ môi trường

Robot thông minh sẽ có các chức năng chính bao gồm khả năng thu gom rác linh hoạt, xử lý

và phân loại rác ngay tại chỗ nhờ hệ thống tái chế tích hợp Điều này không chỉ giảm chi phí

vận hành mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường Để đảm bảo tính bền vững, robot sử

dụng các nguồn năng lượng tái tạo như mặt trời và gió Công nghệ hiện đại được ứng dụng

vào thiết kế gồm trí tuệ nhân tạo (AI) giúp nhận diện và phân loại rác, cảm biến IoT theo dõi

môi trường biển và hệ thống điều khiển tự động giúp robot vận hành hiệu quả trong mọi điều

kiện

Ngoài ra, nhóm sẽ tổ chức các hoạt động nâng cao nhận thức cộng đồng như hội thảo,

talkshow và chương trình giao lưu để giới thiệu về robot, khuyến khích cộng đồng tham gia

bảo vệ môi trường biển Các hoạt động như tham quan robot hoạt động thực tế, minigame

nhận quà xanh sẽ giúp lan tỏa ý tưởng và thu hút sự quan tâm của nhiều bên

Mục tiêu của dự án là xây dựng một giải pháp công nghệ bền vững, giảm thiểu ô nhiễm biển

và tạo ra một hệ sinh thái phát triển xanh, nơi công nghệ và con người cùng chung tay bảo vệ

đại dương

2.4 Nguyên mẫu (Prototype):

Việc quyết định phát triển robot thu gom và tái chế rác thải trên biển là một bước đi táo bạo

và mang tính đột phá Nguyên mẫu robot đầu tiên được thiết kế để giải quyết triệt để các vấn

đề ô nhiễm rác thải nhựa đại dương

Nguyên mẫu này có thiết kế nhỏ gọn, thân thiện với môi trường và được tích hợp công nghệ

tiên tiến:

 Hệ thống thu gom tự động: Trang bị cánh tay cơ học linh hoạt kết hợp với băng

chuyền để thu gom và chuyển rác vào khoang chứa

 Công nghệ tái chế tại chỗ: Khoang xử lý được thiết kế để phân loại rác thành nhựa,

kim loại và hữu cơ, trong đó nhựa sẽ được tái chế thành hạt nhựa ngay tại chỗ

Robot sử dụng nguồn năng lượng tái tạo:

 Tấm pin mặt trời tích hợp trên thân robot cung cấp năng lượng chính cho hoạt động

thu gom và tái chế

 Hệ thống turbine gió bổ sung giúp robot hoạt động liên tục trong các điều kiện thời

tiết khác nhau

Thông số kỹ thuật:

 Kích thước: Dài 3.5m, rộng 2m, cao 1.2m.

 Trọng lượng: 500kg (không tải).

 Công suất thu gom: 1 tấn rác mỗi ngày.

 Dung lượng pin: 100 kWh, thời gian hoạt động liên tục 48 giờ.

Nguyên mẫu robot thu gom rác thải trên biển được thử nghiệm tại một số vùng biển ô nhiễm

như Cần Giờ và vịnh Hạ Long, đạt hiệu suất 85% trong việc thu gom và xử lý rác

Các tính năng nổi bật của robot giúp giải quyết những vấn đề thực tiễn, đồng thời mở ra

hướng đi bền vững trong bảo vệ môi trường biển

2.5 Thử nghiệm (Test):

Các nguyên mẫu robot thu gom và tái chế rác thải trên biển đã được thử nghiệm thực tế

để thu thập phản hồi và kiểm chứng hiệu quả hoạt động Các thử nghiệm giúp phát hiện các

vấn đề cần cải tiến, đồng thời cung cấp thông tin quan trọng cho việc tối ưu hóa thiết kế và

hiệu năng

Quy trình thử nghiệm:

1 Thử nghiệm trong môi trường mô phỏng: Robot được kiểm tra khả năng vận hành

trong bể nước mô phỏng điều kiện biển với các loại rác thải nhựa, kim loại, và hữu cơ

Thử nghiệm đánh giá khả năng phát hiện, thu gom, và xử lý rác

2 Thử nghiệm tại hiện trường: Robot được triển khai tại các vùng biển ô nhiễm như

Cần Giờ, vịnh Hạ Long Các bài kiểm tra bao gồm:

 Khả năng thu gom: Hiệu suất thu gom rác ở các điều kiện biển khác nhau (sóng mạnh, gió lớn)

 Tái chế: Đánh giá chất lượng và hiệu quả của hệ thống tái chế tại chỗ

4 Thử nghiệm năng lượng tái tạo:

 Kiểm tra hiệu suất của tấm pin mặt trời và turbine gió trong các điều kiện thời tiết khác nhau

 Đánh giá khả năng hoạt động của robot trong trường hợp thiếu nguồn năng lượng bổ sung

5 Thử nghiệm định vị và điều hướng.

 Tích hợp hệ thống GPS và radar được kiểm tra trong các tình huống giả lập

có rác thải nằm rải rác hoặc bị che khuất

 Robot được thử nghiệm khả năng tự điều hướng tránh va chạm với các tàu thuyền hoặc vật thể khác

ăn mòn trong nước biển sau 200 giờ thử nghiệm liên tục

Điều chỉnh và cải tiến:

Dựa trên kết quả thử nghiệm, nhóm thiết kế đã:

 Nâng cấp hệ thống cảm biến AI để cải thiện độ chính xác trong việc phát hiện rác

 Tăng cường lớp phủ chống ăn mòn để kéo dài tuổi thọ của robot

 Tối ưu hóa hệ thống thu gom để giảm thiểu kẹt rác trong băng chuyền

Qua các thử nghiệm thực tế, nguyên mẫu đã chứng minh tính khả thi cao, đáp ứng được các

yêu cầu bảo vệ môi trường biển và sẵn sàng cho các bước phát triển tiếp theo

2.5.1 Áp dụng các tiêu chuẩn nhằm cải thiện phạm vi hoạt động của robot

Với mục tiêu tối ưu hóa hiệu quả hoạt động và bảo vệ môi trường, nguyên mẫu robot thu gom

và tái chế rác thải trên biển đã được phát triển và thử nghiệm theo các tiêu chuẩn quốc tế về

năng lượng và môi trường

Cải thiện phạm vi hoạt động của robot:

Robot được đánh giá thông qua các tiêu chuẩn tương tự như tiêu chuẩn quốc tế ISO 16232

dành cho thiết bị hoạt động trong môi trường nước và tiêu chuẩn ISO 14001 về quản lý môi

trường Những yếu tố được kiểm tra bao gồm:

- Khả năng thu gom: Robot có thể hoạt động trên phạm vi bán kính 50 km từ trạm điều

khiển, đủ để bao phủ các khu vực ô nhiễm nghiêm trọng tại các vùng ven biển

- Thời gian hoạt động liên tục: Robot sử dụng nguồn năng lượng tái tạo với hệ thống pin dung lượng cao (100 kWh), cho phép hoạt động liên tục trong 48 giờ trước khi cần tái nạp

Tối ưu hóa năng lượng:

Nhờ hợp tác với các tập đoàn nghiên cứu và sản xuất năng lượng tái tạo hàng đầu, hệ thống

pin và tấm pin mặt trời của robot đã được cải tiến:

- Hiệu suất năng lượng: Tăng 20% hiệu suất so với phiên bản nguyên mẫu ban đầu, giúp

robot hoạt động lâu hơn trên một chu kỳ nạp năng lượng

- Tích hợp công nghệ sạc nhanh: Chỉ cần 4 giờ để sạc đầy pin, giúp giảm thời gian ngừng

hoạt động

Lợi ích đạt được từ thử nghiệm:

- Tiết kiệm chi phí vận hành: Nguồn năng lượng tái tạo giúp giảm chi phí so với các hệ

thống sử dụng nhiên liệu hóa thạch

- Giảm thiểu tác động môi trường: Phạm vi hoạt động mở rộng và hiệu suất tái chế cao giúp

giảm lượng rác thải nhựa thải ra biển, đóng góp vào việc bảo vệ đa dạng sinh học đại dương

Thông qua việc áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế, robot không chỉ đảm bảo khả năng vận hành

ổn định mà còn giúp người dùng yên tâm về tính hiệu quả và thân thiện với môi trường trong

quá trình hoạt động Điều này đưa giải pháp thu gom và tái chế rác thải biển trở thành một

bước tiến quan trọng trong nỗ lực bảo vệ môi trường đại dương