Không có ngân sách cho drone: Hai học sinh 14 tuổi dùng LEGO và phao bơi để chế robot gom microplastic

Ý tưởng đầu tiên của Brandon Miranda và Adriel Magana là một chiếc drone có thể di chuyển trên mặt nước và thu nhựa. Nhưng hai học sinh 14 tuổi ở Yuma, Arizona nhanh chóng gặp một giới hạn rất thực tế: họ không có đủ tiền để biến phiên bản đó thành prototype.

Thay vì dừng lại, hai em thu nhỏ bài toán. Drone trở thành một skimmer cỡ quyển vở. Vật liệu chuyển sang những thứ dễ kiếm hơn: LEGO, băng keo, ống phao bơi, một số chi tiết in 3D và bộ lọc làm từ xơ dừa. Sau khoảng sáu tháng thử và sửa, thiết bị mang tên MP Guard đã chạy trong một bể nhựa nhỏ tại trường vào tháng 3/2025.

Câu chuyện được Arizona State University (ASU) giới thiệu từ tháng 4/2025 và được nhắc lại trên truyền thông vào tháng 9/2026. Điều đáng chú ý không nằm ở việc hai học sinh đã tạo ra một công nghệ sẵn sàng làm sạch đại dương — họ chưa làm được điều đó. MP Guard hiện là một prototype trường học, chưa có số liệu về hiệu suất lọc, kích thước hạt thu được hay khả năng hoạt động ngoài sông biển. Giá trị của dự án nằm ở cách một ý tưởng quá đắt được biến thành một cơ cấu đủ đơn giản để có thể chế tạo và thử nghiệm.

Từ thử thách LEGO đến câu hỏi về microplastic

Miranda và Magana là thành viên câu lạc bộ robotics của Harvest Preparatory Academy. Ý tưởng xuất hiện khi hai em tham gia FIRST LEGO League Innovation Project trong mùa SUBMERGED 2024–2025, chương trình yêu cầu học sinh tìm một vấn đề liên quan tới đại dương và phát triển giải pháp.

Microplastic là lựa chọn phù hợp với chủ đề nhưng không phải một bài toán nhỏ. NOAA định nghĩa microplastic là các mảnh hoặc sợi nhựa nhỏ hơn 5 mm; chúng có nhiều hình dạng, từ hạt, mảnh vỡ tới sợi và màng. Một phần nổi trên bề mặt, nhưng microplastic cũng hiện diện trong cột nước và trầm tích. Vì vậy, một thiết bị quét mặt nước chỉ có thể nhắm tới một phần của vấn đề.

Ban đầu hai học sinh hình dung một phương tiện tự di chuyển trên nước. Theo ASU, thiếu kinh phí buộc nhóm bỏ thiết kế drone và thử một phương án tĩnh, trước hết lấy cảm hứng từ bộ lọc dầu thông thường. Quá trình chế tạo sau đó dùng 3D printer, LEGO, duct tape và pool noodles để dựng khung và cơ cấu nổi.

Hai em không hoàn toàn làm việc một mình. Khi gặp khó về thiết kế, giáo viên khoa học Karen Maninang kết nối nhóm với Vernon Morris, nhà khoa học môi trường và giáo sư tại ASU. Morris cùng các đồng nghiệp góp ý để nhóm xác định vấn đề và sửa các điểm chưa ổn của prototype. Đây vì thế không phải câu chuyện “hai đứa trẻ tự phát minh trong gara mà không cần hỗ trợ”, mà là một dự án trường học có mentor khoa học — chỉ không có ngân sách và hạ tầng của một phòng lab nghiên cứu chuyên dụng.

MP Guard gom hạt bằng một cơ cấu rất cơ học

MP Guard không dùng AI, camera hay cảm biến phức tạp. Cách nó hoạt động gần với một máy skimmer thu nhỏ.

Khi prototype được đặt trong bể, các cylinder quay kéo nước và hạt về phía một ratchet có răng. Vật liệu thu được sau đó đi tới lớp lọc làm từ xơ dừa. Trong buổi trình diễn ngày 13/3/2025, cơ cấu này đã chuyển động và thu các hạt được đưa vào bể thử trước gần 100 học sinh, giáo viên và khách mời.

Việc dùng xơ dừa cũng là một lựa chọn đáng chú ý: nhóm muốn tránh tạo thêm một bộ lọc nhựa dùng một lần trong chính thiết bị xử lý ô nhiễm nhựa. Tuy nhiên, nguồn ASU không công bố đặc tính của lớp lọc — chẳng hạn kích thước lỗ, lưu lượng nước, tỷ lệ giữ hạt hay độ bền sau nhiều chu kỳ.

Các chi tiết 3D cũng khiến quá trình iteration chậm hơn tưởng tượng. Theo ASU, có lúc riêng việc in lại ratchet mất tới 12 giờ. Với một dự án học sinh, đó là ví dụ khá rõ về engineering thực tế: thiết kế không chỉ cần “đúng” trên giấy mà còn phải đủ đơn giản để chế tạo lại mỗi khi thất bại.

“Thu microplastic” ở đây mới là mục tiêu thiết kế, chưa phải benchmark khoa học

ASU mô tả MP Guard là robot được thiết kế để giữ cả những microplastic không nhìn thấy bằng mắt thường. Nhưng bài giới thiệu không cung cấp kết quả đo kích thước hạt đã thu, khối lượng hoặc số lượng hạt trước và sau lọc, cũng không có phép phân tích hóa học xác nhận những hạt thu trong demo thuộc loại polymer nào.

Điểm này quan trọng vì xác định microplastic trong nghiên cứu môi trường khó hơn việc nhìn thấy một chấm nhỏ trong bộ lọc. NOAA lưu ý mẫu microplastic thường cần được thu, xử lý và trong nhiều trường hợp phân tích bằng những kỹ thuật như FTIR hoặc Raman để xác định vật liệu thực sự là nhựa. Một prototype có khả năng giữ các hạt nhỏ vì thế chưa đồng nghĩa đã chứng minh hiệu suất xử lý microplastic theo chuẩn phòng thí nghiệm.

Thiết kế dạng skimmer cũng gặp giới hạn vật lý. Microplastic không chỉ nằm trên mặt nước. NOAA đã ghi nhận chúng từ bề mặt xuống tới đáy biển; ngoài ra kích thước, mật độ và hình dạng khác nhau khiến mỗi loại di chuyển rất khác trong môi trường nước. Một máy quét bề mặt có thể hợp với một số mảnh nổi, nhưng không thể được xem là giải pháp tổng thể cho ô nhiễm microplastic.

Prototype trong bể nhỏ khác rất xa đại dương

Miranda và Magana muốn một ngày đưa thiết bị ra thử ngoài biển. Khoảng cách từ bể nhựa trong trường tới mục tiêu đó vẫn còn lớn.

Ở nước tự nhiên, robot sẽ phải đối mặt với sóng, dòng chảy, rác lớn, rong, bùn và sinh vật — tất cả đều có thể làm nghẹt cơ cấu gom hoặc bộ lọc. Nếu phiên bản sau được làm tự hành, nhóm còn cần giải quyết nguồn điện, điều hướng, khả năng chống nước và cách thu hồi thiết bị khi gặp sự cố.

Quan trọng hơn, một phiên bản lớn hơn phải chứng minh rằng việc kéo nước qua bộ lọc không vô tình giữ quá nhiều sinh vật phù du hoặc vật chất hữu cơ. NOAA từng lưu ý việc “scoop up” rác trên đại dương không đơn giản vì debris phân bố trên diện tích rất lớn, di chuyển theo dòng nước và việc thu gom có thể tác động tới sinh vật biển.

Vì thế, scale-up hợp lý không chỉ là làm MP Guard to hơn. Nhóm sẽ cần xác định loại microplastic nào muốn nhắm tới, đo lưu lượng và capture efficiency, kiểm tra mức fouling, đánh giá tác động sinh thái rồi mới quyết định robot nên hoạt động ở ao, kênh, cửa sông hay vùng ven biển.

Điểm thú vị nhất là cú đổi hướng vì thiếu tiền

MP Guard chưa phải một giải pháp xử lý microplastic đã được chứng minh. Nhưng chính giới hạn đó làm câu chuyện có giá trị hơn một headline kiểu “hai học sinh phát minh robot cứu đại dương”.

Hai em bắt đầu với một phương tiện phức tạp hơn khả năng chế tạo, bị ngân sách chặn lại, rồi thu bài toán về mức có thể thử được. LEGO trở thành cơ cấu, pool noodle trở thành phao, xơ dừa thành vật liệu lọc và một loạt chi tiết phải in lại nhiều lần cho đến khi prototype thực sự chạy.

Đó cũng là logic của engineering ngoài phòng lab lớn: không phải lúc nào bước đầu tiên cũng là tìm công nghệ tối ưu nhất. Đôi khi mục tiêu là tạo ra phiên bản đủ rẻ và đủ đơn giản để trả lời một câu hỏi cơ bản — cơ chế này có hoạt động hay không?

Với MP Guard, câu trả lời ban đầu là có: cơ cấu có thể chạy và thu hạt trong một bể thử nhỏ. Câu hỏi tiếp theo khó hơn nhiều: nó có thể định lượng được hiệu quả với microplastic thật, vận hành ngoài môi trường tự nhiên và làm điều đó mà không tạo thêm vấn đề mới hay không.

Nguồn: Arizona State University — Meet the young students who designed an ocean-cleaning robot; FIRST — SUBMERGED 2024–2025; NOAA — What are microplastics?; NOAA Ocean Today — Trash Talk.