Kỹ sư Việt phát triển hệ thống quang học siêu phổ đo sức khỏe cây trồng

Hệ thống ảnh siêu phổ tích hợp xử lý dữ liệu do kỹ sư Châu Khắc Bảo Chương phát triển, giúp nông dân theo dõi trạng thái cây trồng ngay tại trang trại, giá chỉ bằng 30-35% so với các sản phẩm tính năng tương tự.

Kỹ sư Châu Khắc Bảo Chương đang công tác tại Đại học RMIT ở TP HCM - tác giả của hệ thống quang học siêu phổ C-HySI vừa giành giải nhất cuộc thi Sáng kiến Khoa học 2026 do VnExpress tổ chức, nhờ tính mới, tiềm năng ứng dụng và thương mại hóa.

Hệ thống gồm camera siêu phổ, phần cứng thu thập dữ liệu, phần mềm phân tích và AI diễn giải. Anh cho biết, ưu điểm của ảnh siêu phổ là ghi nhận ánh sáng ở nhiều dải bước sóng, giúp nhận biết khác biệt về thành phần hoặc trạng thái vật liệu mà camera màu thông thường khó phát hiện. Trong nông nghiệp, dữ liệu này cung cấp thông tin về hàm lượng nước, diệp lục và sức khỏe thực vật, phát hiện sớm các dấu hiệu suy giảm chất lượng hoặc stress ngay cả khi chưa có biểu hiện rõ ràng về mặt hình thái.

Điểm đặc biệt của C-HySI so với các hệ thống thương mại hiện có trên thị trường là tích hợp phân tích và diễn giải dữ liệu ngay trên hệ thống. Nhờ tính năng này, nông dân hoặc người dùng cuối không có chuyên môn ảnh siêu phổ vẫn có thể tự kiểm tra mẫu ngay tại thực địa.

Các giải pháp IoT hiện cho phép quan sát thông số môi trường, tuy nhiên đây mới chỉ là điều kiện nuôi trồng chứ chưa phản ánh trực tiếp sinh lý của nông sản trong từng giai đoạn phát triển, nhà nghiên cứu cho biết. Đây là khoảng trống thông tin mà ảnh siêu phổ giúp giải quyết.

Ý tưởng đến với kỹ sư Chương trong quá trình nghiên cứu mô hình hóa hệ thống dựa trên dữ liệu, phục vụ nông nghiệp chính xác. Anh cho biết, trên thế giới có các nhà cung cấp công nghệ, nhưng giá thành cao, cách bóc tách thông tin từ dữ liệu thô phức tạp đối với người dùng cuối.

Một hệ thống thương mại hiện nay thường có giá thành lên tới hàng trăm triệu. Dữ liệu siêu phổ thô, sau khi được thu thập tại hiện trường, cần trải qua hậu kỳ sử dụng phần mềm chuyên dụng. "Với người dùng cuối không có chuyên môn xử lý tín hiệu, dữ liệu thì gần như không thể tiếp cận", nhà nghiên cứu cho biết.

Giải quyết bài toán chi phí, tác giả tự thiết kế một hệ thống quang học siêu phổ sử dụng hầu hết bộ phận phụ trợ tự chế tạo bằng in 3D, chỉ giữ một số linh kiện cốt lõi cần mua ngoài như cảm biến, thấu kính, vi xử lý. Theo ước tính của tác giả, khi thương mại hóa, giá thành của C-HySI bằng khoảng 30-35% so với các sản phẩm có tính năng tương tự - quan sát phổ khả kiến đến cận hồng ngoại.

"Ban đầu tôi tự tin rằng mình hiểu cách thiết bị hoạt động, thực tế không dễ chuyển kiến thức quang học thành một hệ thống hoạt động như kỳ vọng", ThS Chương chia sẻ. Quá trình thiết kế, xây dựng phần mềm và tích hợp AI diễn giải thông tin để hoàn thành các phiên bản đầu kéo dài gần nửa năm.

C-HySI cũng dễ sử dụng hơn so với các hệ thống hiện có, nhờ tích hợp xử lý dữ liệu tại biên. Trong khi một hệ thống chi phí thấp là đủ để đáp ứng nhu cầu của các nhóm nghiên cứu, thì "dữ liệu siêu phổ vẫn chưa thể giúp ích cho người dùng cuối, cần có phân tích để chuyển dữ liệu thành thông tin có giá trị", tác giả cho biết.

Để chuyển dữ liệu thành thông tin, cần có các quy trình phân tích và đánh giá phù hợp với từng lĩnh vực. Trong nông nghiệp, nhà nghiên cứu đã đưa kiến thức về đặc điểm vân phổ cây trồng và cách liên hệ với trạng thái sinh lý của cây vào một tác nhân AI. Người dùng có thể tương tác và lấy thông tin từ C-HySI dưới dạng ngôn ngữ tự nhiên thay vì phải hiểu cách đọc tín hiệu.

Thiết kế của hệ thống cũng có thể linh hoạt thay đổi để phù hợp triển khai thực địa, nơi có điều kiện khắc nghiệt hơn so với phòng thí nghiệm, chẳng hạn như nóng, ẩm hoặc di chuyển linh hoạt để tích hợp trên drone.

Anh cho biết, nông nghiệp chỉ là hướng ứng dụng đầu tiên, thực tế đây là công nghệ giúp phân tích không phá hủy, xác định thành phần mẫu. Ứng dụng có thể mở rộng sang y tế, vật liệu, sinh học hoặc công nghiệp, tích hợp kiến thức chuyên ngành để tác nhân AI diễn giải vân phổ của nhiều dạng mẫu. Chẳng hạn, nền tảng quang học siêu phổ có thể phát hiện vi nhựa hoặc mức độ chứa các hóa chất nhất định trong sản phẩm tiêu dùng.

"Đến nay chưa nhiều người biết về công nghệ quang học siêu phổ và những lợi ích mà nó mang lại trong việc kiểm tra mẫu chính xác, không phá hủy", ThS Chương nói. Anh kỳ vọng việc giảm chi phí thiết bị và đơn giản hóa cách sử dụng sẽ giúp công nghệ đến gần hơn với nông dân, cơ sở sản xuất và các nhóm nghiên cứu trong nước. Qua đó, người dùng có thêm công cụ để tiếp cận công nghệ phân tích hiện đại với chi phí hợp lý, dễ triển khai thực tế.

Tại vòng chung kết Sáng kiến khoa học 2026, sáng kiến được Hội đồng giám khảo đánh giá cao nhờ khả năng phổ cập một công nghệ hữu ích trong phân tích mẫu tại Việt Nam. Sản phẩm có tiềm năng trong hai hướng ứng dụng. Trong sản xuất, giúp nhiều đối tượng như nông dân, kỹ thuật viên và cơ sở sản xuất nhỏ tiếp cận công nghệ. Trong giáo dục và đào tạo, sinh viên và nhà nghiên cứu có thể sử dụng ảnh siêu phổ với chi phí hợp lý, phát triển các dự án nông nghiệp chính xác, vật liệu, y tế.

Nam Nguyễn

• Nhà khoa học Việt chế tạo 'kẻ hủy diệt' vi khuẩn