Nghiên cứu chế tạo hệ thống đa cảm biến nano thông minh kết hợp IoT nhằm giám sát hỗn hợp khí độc trong tầng hầm các tòa nhà cao tầng

Trong bối cảnh tốc độ đô thị hóa nhanh, các tầng hầm nhà cao tầng ngày càng tập trung mật độ lớn phương tiện giao thông, tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm khí độc và cháy nổ; Việc phát triển, tích hợp các thiết bị có khả năng phát hiện, giám sát và cảnh báo được các nguồn khí độc trong tầng hầm chung cư một cách nhanh chóng và theo thời gian thực là một giải pháp quan trọng nhằm cảnh báo nguy cơ mất an toàn, cũng như điều khiển tự động các hệ thống thông, hút gió, đảm bảo an toàn cho các cư dân sinh sống tại các tòa nhà cao tầng.

Triển khai các nhiệm vụ nghiên cứu cơ bản định hướng ứng dụng, bám sát định hướng phát triển Vật lý giai đoạn 2021-2025, theo Quyết định số 1187/QĐ-TTg ngày 04/8/2020 của Thủ tướng Chính phủ. Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ đã ban hành Quyết định số 2708/QĐ-BKHCN ngày 30/12/2022 phê duyệt nhiệm vụ "Nghiên cứu chế tạo hệ thống đa cảm biến nano thông minh kết hợp IoT nhằm giám sát hỗn hợp khí độc trong tầng hầm các tòa nhà cao tầng" do PGS.TS. Chử Mạnh Hưng làm chủ nhiệm và Viện Đào tạo quốc tế về Khoa học vật liệu (ITIMS), Đại học Bách khoa Hà Nội là Cơ quan chủ trì thực hiện từ tháng 01/2023 đến tháng 12/2025.

Nhiệm vụ triển khai cần đạt các mục tiêu sau:

Nghiên cứu chế tạo thành công hệ đa cảm biến khí nano có độ nhạy, độ ổn định cao nhằm đo đạc các khí độc trong tầng hầm các toà nhà cao tầng (khí NO₂, HC, CO);

Phát triển thành công hệ thống nhận dạng, phân tích các khí độc sử dụng trí tuệ nhân tạo/học máy trên cơ sở hệ đa cảm biến khí nano chế tạo được;

Xây dựng thành công hệ thống quản lý dữ liệu thông minh IoT cho phép hiển thị, đo đạc và truyền không dây tự động số liệu phân tích khí về trạm trung tâm;

Xây dựng thành công trạm trung tâm thu nhận số liệu quan trắc theo thời gian thực và cập nhật số liệu quan trắc qua ứng dụng điện thoại di động.

Sau 36 tháng triển khai thực hiện, nhiệm vụ đã thu được những kết quả đáng ghi nhận như sau:

Nghiên cứu, chế tạo linh kiện đa cảm biến nano cho phép đo đồng thời các khí độc CO, NO₂ và HC (số lượng: 03);

Thiết bị đo khí cho phép phân tích và đo đồng thời các loại khí CO, NO₂ và HC và truyền tín hiệu không dây và trạm trung tâm (số lượng: 03);

Trạm trung tâm thu nhận tín hiệu và phân tích thành phần khí độc theo thời gian thực, bộ phần mềm cài trên thiết bị di động "SmartSens" và website cho phép giám sát, cảnh báo và truy cập dữ liệu từ xa;

Quy trình công nghệ chế tạo hệ đa cảm biến khí nano cho phép đo ba loại khí CO, NO₂ và HC cũng được ban hành;

Công bố được 04 công trình khoa học được đăng tải trên tạp chí ISI và quốc tế uy tín;

01 chấp nhận đơn hợp lệ Bằng độc quyền giải pháp hữu ích;

02 công bố đăng trên tạp chí khoa học quốc gia uy tín;

Tham gia đào tạo 02 thạc sĩ đã được cấp Bằng và hỗ trợ 01 NCS đang thực hiện luận án.

Nhiệm vụ đã phát triển cách tiếp cận nghiên cứu tích hợp, liên ngành, kết hợp vật liệu nano nhạy khí, công nghệ vi điện tử, học máy, xử lý dữ liệu thông minh và nền tảng IoT trong một hệ thống giám sát hoàn chỉnh. Việc thiết kế và chế tạo thành công chip đa cảm biến cho phép nhận dạng đồng thời hỗn hợp khí độc, đánh dấu bước chuyển từ đo đơn khí sang phân tích đa thành phần trong điều kiện môi trường phức tạp của tầng hầm nhà cao tầng. Các kết quả đạt được tạo cơ sở khoa học và công nghệ quan trọng cho việc tiếp tục hoàn thiện, phát triển các hệ thống giám sát khí thông minh, góp phần nâng cao năng lực làm chủ công nghệ cảm biến và giám sát môi trường tại Việt Nam.

Kết quả thực hiện cho thấy tiềm năng ứng dụng cao của các thiết bị và hệ thống giám sát khí độc, phù hợp với điều kiện kỹ thuật, hạ tầng và nhu cầu thực tiễn trong nước. Việc làm chủ quy trình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo góp phần giảm phụ thuộc vào công nghệ nhập khẩu, tạo tiền đề cho chuyển giao và thương mại hóa sản phẩm. Đồng thời, nhiệm vụ thúc đẩy nghiên cứu liên ngành gắn với đào tạo sau đại học, góp phần nâng cao chất lượng nguồn nhân lực khoa học và công nghệ trong lĩnh vực vật lý, khoa học vật liệu và công nghệ cảm biến tiên tiến.

Hội đồng đánh giá cao tính cấp thiết, cách tiếp cận nghiên cứu và khả năng ứng dụng thực tiễn của đề tài, đồng thời ghi nhận nỗ lực của Chủ nhiệm, nhóm nghiên cứu và Cơ quan chủ trì trong quá trình triển khai nhiệm vụ. Các nội dung nghiên cứu và sản phẩm của đề tài đáp ứng yêu cầu về khối lượng, chất lượng và tiến độ theo thuyết minh đã được phê duyệt. Với kết quả đạt được, Hội đồng thống nhất nghiệm thu đề tài mức "Đạt", đồng thời đề nghị nhóm nghiên cứu tiếp thu ý kiến góp ý của Hội đồng, hoàn thiện hồ sơ để trình Bộ Khoa học và Công nghệ xem xét công nhận kết quả thực hiện đề tài.