Công nghệ AI phân loại quả na tự động - Giải pháp nâng tầm na Xứ Lạng

- Với tình yêu quê hương và mong muốn ứng dụng công nghệ tiên tiến vào thực tế để giúp nâng tầm quả na - đặc sản nổi tiếng, niềm tự hào của tỉnh Lạng Sơn, nhóm học sinh Trường PTDT Nội trú THCS và THPT Cao Lộc đã sáng tạo nên dự án “Công nghệ AI phân loại quả na tự động - Giải pháp nâng tầm na Xứ Lạng”. Dự án đã xuất sắc đoạt giải Nhì tại Cuộc thi Sáng tạo dành cho thanh thiếu niên, nhi đồng tỉnh Lạng Sơn lần thứ 17 năm 2025.

Chia sẻ về ý tưởng hình thành dự án, em Đàm Minh Khánh (lớp 9A1, năm học 2024 - 2025), trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: Chúng em được biết, cây na là cây kinh tế mũi nhọn, là nguồn thu nhập chính của nhiều hộ dân sinh sống tại huyện Chi Lăng và Hữu Lũng (cũ). Năm 2011, Cục Sở hữu Trí tuệ, Bộ Khoa học và Công nghệ công nhận nhãn hiệu "Na Chi Lăng" trồng tại huyện Chi Lăng (cũ). Năm 2013, quả na Chi Lăng được Tổ chức Kỷ lục Việt Nam đưa vào danh sách 50 đặc sản trái cây nổi tiếng Việt Nam. Tuy nhiên, dù đã đạt được những thành tựu lớn về thương hiệu và giá trị kinh tế, việc phân loại na hiện nay vẫn hoàn toàn dựa vào kinh nghiệm và sức lao động của người dân. Phương pháp thủ công còn gặp nhiều hạn chế, đòi hỏi nhiều thời gian, công sức của người dân và không đảm bảo về mặt chất lượng, kích thước của từng quả na. Đây là rào cản lớn khi na Chi Lăng hướng đến những thị trường xuất khẩu khó tính, đòi hỏi sản phẩm phải có sự đồng đều cao.

Mặt khác, dù trên thế giới đã có nhiều hệ thống ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để phân loại nông sản hiệu quả nhưng chưa có một giải pháp tối ưu hóa nào dành riêng cho quả na của Lạng Sơn. Từ những lý do trên, chúng em đã tìm hiểu về việc ứng dụng công nghệ trong nông nghiệp, sử dụng kiến thức về Thị giác máy tính (Computer Vision) và Học sâu (Deep Learning) để tạo nên dự án “Công nghệ AI phân loại quả na tự động - Giải pháp nâng tầm Na Xứ Lạng”.

Em Lộc Thị Bảo Trâm (lớp 8A1, năm học 2024 - 2025) cho hay: Tham gia nghiên cứu và thực hiện dự án khoa học sáng tạo không chỉ là một trải nghiệm học tập quý báu mà còn mang lại nhiều giá trị thiết thực cho chúng em. Đây không chỉ là một dự án khoa học kỹ thuật, mà còn là cách chúng em thể hiện lòng biết ơn với những người nông dân và mong muốn đóng góp sức trẻ, kiến thức cho sự phát triển của quê hương.

Nhóm học sinh đã tới các vườn na ở huyện Chi Lăng và Hữu Lũng (cũ) để trao đổi trực tiếp với người dân về cách nhận biết chất lượng quả na. Sau đó, các em tiến hành chụp ảnh quả na ở nhiều chất lượng khác nhau, đa dạng về góc chụp và điều kiện ánh sáng phục vụ việc xây dựng tiêu chí phân loại na. Bên cạnh chụp hình ảnh, các em học sinh còn cần thu thập ân trọng lượng và kích thước của từng quả tại phòng thí nghiệm của nhà trường. Tất cả những dữ liệu trên được các em phân tích, tổng hợp và đưa vào các ứng dụng công nghệ để huấn luyện thiết bị nhận diện, phân loại na.

Theo nhóm học sinh, điểm nhấn sáng tạo của dự án là việc ứng dụng mô hình AI YOLOv8 để nhận diện và phân loại na dựa trên hình ảnh với tốc độ xử lý nhanh, độ chính xác cao và kiến trúc hiệu quả. Quả na được đặt trên băng truyền để di chuyển tới máy ảnh được gắn sẵn trong thiết bị để chụp hình. Mô hình AI sẽ xử lý hình ảnh chụp được để xác định được kích thước, màu sắc và chất lượng bề mặt từng quả. Dựa trên kết quả phân tích, bộ điều khiển sẽ gửi tín hiệu đến động cơ servo điều khiển cơ cấu chấp hành để đưa quả na vào các vị trí hoặc thùng chứa tương ứng với chất lượng. Cảm biến hồng ngoại hỗ trợ động cơ servo đẩy quả na chính xác khi đến đúng vị trí.

Với 1.000 lượt thử nghiệm tại phòng thí nghiệm, thiết bị của nhóm đã hoàn thành các mục tiêu ban đầu về tốc độ và độ chính xác phân loại quả na theo kích thước và chất lượng. Thiết bị có thể phân loại trung bình 600 quả na/giờ với một mắt camera. Các em học sinh cho biết có thể tăng số lượng camera và băng truyền trong thiết bị để tăng năng suất phân loại, đảm bảo phù hợp với yêu cầu sản xuất cụ thể. Độ chính xác trong việc nhận diện và phân loại của thiết bị đạt trên 95%, nhận diện chính xác 953 lượt trên 1.000 lượt thử nghiệm. Hệ thống có khả năng phát hiện và loại bỏ quả na sâu, bệnh, thối, hỏng với độ chính xác 98%, nhận diện chính xác 343 lượt trên 350 lượt thử nghiệm.

Cô Trần Thị Thanh Nhàn, giáo viên môn Công nghệ, giáo viên hướng dẫn nhóm học sinh chia sẻ: Để hoàn thành được dự án, các em đã dành rất nhiều thời gian, công sức và nhiệt huyết cho việc nghiên cứu lý thuyết, thu thập dữ liệu, huấn luyện mô hình, thiết kế, lắp ghép thiết bị cũng như trao đổi trực tiếp với bà con nông dân trồng na của địa phương... Giải Nhì tại Cuộc thi Sáng tạo dành cho thanh thiếu niên, nhi đồng tỉnh Lạng Sơn lần thứ 17 năm 2025 là minh chứng cho những nỗ lực của các em. Dự án của nhóm đã vinh dự được lựa chọn tham gia Cuộc thi Sáng tạo dành cho thanh thiếu niên, nhi đồng toàn quốc.

Trong tương lai, các em mong muốn được tiếp tục thử nghiệm thiết bị tại các vườn na trên địa bàn để cải tiến thiết bị phù hợp hơn với thực tiễn sản xuất, cùng với đó, phát triển thêm các thiết bị tương tự giúp phân loại các loại nông sản khác của tỉnh. Có thể nói, dự án của các em không chỉ mang lại một giải pháp công nghệ hiệu quả mà còn là nguồn cảm hứng lớn, khẳng định vai trò của thế hệ trẻ trong việc đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp địa phương.