Hành trình theo đuổi STEM: Lời kể của nữ sinh

Lý do lớn nhất thôi thúc em thực hiện dự án “Thiết bị hỗ trợ vận động và phục hồi chức năng cho người bị liệt chân” chính là bố em. Năm 2017, bố em từ một người khỏe mạnh bình thường bất ngờ bị liệt sau một cơn đột quỵ. Vì luôn cùng mẹ chăm sóc bố nên em thấu hiểu những khó khăn, vất vả mà bố phải chịu đựng từ căn bệnh quái ác này. Vậy nên là một người con, em hy vọng mình có thể chế tạo một thiết bị giúp bố đi lại tiện lợi, dễ dàng và phục hồi nhanh chóng hơn.

Thời gian đầu, em vấp phải sự ngăn cản rất lớn từ gia đình. Do em là con gái, mà làm những việc liên quan đến kỹ thuật thì vất vả nên bố mẹ không muốn và không yên tâm. Em lại là học sinh chuyên Văn nên kiến thức về công nghệ - kỹ thuật gần như là con số 0 tròn trĩnh. Thêm vào đó, mọi người cho rằng đây là một ý tưởng quá lớn, việc thiết kế, chế tạo khó khăn, tính khả thi lại thấp nên lúc đó không ai tin em sẽ thành công. Nhưng em cho rằng, nếu đã đam mê, đã lựa chọn thì em nhất quyết phải theo đuổi tới cùng. Em tin vào chính bản thân mình.

Quả thật hành trình của em đầy ắp khó khăn, trở ngại, vất vả. Từ khâu lên kế hoạch, lập trình cho đến lựa chọn vật liệu, em đều phải học từng chút một. Để làm được thiết bị, em đã trải qua hàng chục, hàng trăm lần thử nghiệm thất bại, cứ tưởng chừng như đã hoàn thiện thì lại bị hỏng mạch, lỗi dòng xung, lại phải làm lại hoàn toàn từ đầu.

Em đã thức trắng không biết bao đêm vừa học, vừa nghiên cứu các tài liệu và kiến thức y khoa chuyên sâu để hiểu về thiết bị. Rồi tới khâu thực nghiệm, đó là quãng thời gian dài những ngày ăn, ngủ trong bệnh viện và phòng thí nghiệm để đo đạc, thử nghiệm máy.

Sau dự án, em đã biết làm thêm rất nhiều việc, từ cách sử dụng máy in 3D, vẽ bản vẽ trên solidworks, lập trình website, nạp code dữ liệu cho thiết bị, có được kiến thức nền sâu hơn về các mạch điện, các bộ vi xử lí, đồng thời hiểu thêm về công nghệ IoT, AI…

Gia đình và thầy cô đóng vai trò rất lớn trong hành trình này. Bố mẹ chắc chắn đã phải chịu đựng đứa con gái cứng đầu này nhiều lần. Em nhớ những hôm hai mẹ con vượt 15 cây số mưa gió đến trường lúc 9 giờ tối chỉ để cho em tập thuyết trình. Em nhớ những lần em tranh cãi với bố về sản phẩm đến rơi nước mắt. Và cả thầy cô cũng phải “chịu đựng” em rất nhiều, nhất là trong những ngày 29, 30 Tết, thầy cô vẫn phải online để sửa báo cáo, poster cho em tới tận 11 giờ khuya, những hôm cô trò chầu chực trong viện để thử nghiệm, hay những buổi chiều tranh luận và thúc giục đầy cam go để có được thành công như ngày hôm nay. Em biết ơn gia đình, thầy cô vì họ đã yêu thương, quan tâm và hỗ trợ em hết mình.

Sau tất cả, điều mà em cảm thấy tự hào và quý giá nhất chính là em đã hiện thực hóa được ý tưởng này. Khoảnh khắc bố đeo thiết bị lên chân và nó thực sự đã giúp bố di chuyển dễ dàng hơn, em thấy rằng mọi công sức, thời gian mình đánh đổi, mọi gian truân mình đã trải qua đều xứng đáng.

~*~

Hồi lớp 8, em rất nghiện xem phim trên Disney Channel. Có một phim là “Cơn mưa thịt viên” (Cloudy with a Chance of Meatballs) kể về một nhà khoa học cặm cụi làm nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, bị xã hội xa lánh vì toàn phát minh ra những thứ khó hiểu, nhưng cuối cùng ông ấy phát minh ra một thiết bị có thể biến nước biển thành đồ ăn và cứu sống cả làng khỏi cơn chết đói.

Lúc đó, em rất thần tượng những hình mẫu nhà khoa học như vậy. Em đã khá hoài bão, thậm chí làm những poster nho nhỏ và cắt dán một dòng chữ to đùng trên tường ghi là “Thế giới cần trí tuệ của tôi”. Giờ nghĩ lại cũng hơi ngốc xít, nhưng dù sao nó cũng là đam mê hồi nhỏ. Em cũng rất hay tò mò, táy máy gấp origami, vẽ tranh, thêu thùa, may vá… tất cả những gì kích thích trí sáng tạo. Em biết rằng mình không thể sống mà thiếu những hoạt động như vậy và có lẽ đó là dấu hiệu cho thấy em khá hợp với ngành khoa học.

Đến khi vào lớp 10, em đỗ vào chuyên Toán của Trường THPT chuyên Khoa học Tự nhiên. Thực sự, đây là bước đạp rất lớn giúp em thực hiện những ước mơ sau này. Ở môi trường đó, em đã được tham gia vào những cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp quốc tế ở Nhật Bản, Thái Lan, Mỹ và nhiều nơi khác. Em nghĩ đối với một học sinh cấp 3 thì không phải ai cũng có những cơ hội đó, nên em cực kỳ trân trọng những trải nghiệm mà thời cấp 3 mang lại.

Qua những cuộc thi như vậy, em càng nhận ra mình muốn nghiên cứu sâu thêm về khoa học. Nhờ có một đề tài Hóa môi trường [“Nghiên cứu tận dụng Phytolith trong rơm rạ để cố định một số kim loại nặng và giảm phát thải CO2 từ đất”] đạt giải nhất ở cuộc thi VISEF hồi lớp 11 và sau đó được mang đi thi ISEF quốc tế và giành giải ba (năm 2016) mà em được nhận học bổng cử nhân ngành Khoa học môi trường tại ĐH Denver, Mỹ.

Trong suốt bốn năm đại học, em có làm một nghiên cứu về lấy mẫu kim loại nặng ở sông Tô Lịch. Sau này, em tiếp tục được nhận vào làm nghiên cứu sinh tiến sĩ ở ĐH California, Berkeley – một trong những trường được xếp hạng cao nhất về khoa học môi trường. Hiện nay, em đang tập trung nghiên cứu về vấn đề biến đổi khí hậu và cách giảm lượng khí CO2 trong bầu khí quyển bằng thực vật.

Có thể nói những đề tài nghiên cứu thời cấp 3 đã theo chân em đến tận bây giờ. Hồi đấy, bên rìa Hà Nội, người ta đốt rơm rạ rất nhiều, bao nhiêu khói bụi bay hết vào thành phố. Lúc đó em nghiên cứu về rơm rạ và phát hiện thấy một điều, là để giải quyết được lượng khí CO2 phát thải thì ngoài những phương pháp do con người tạo ra (như dùng năng lượng tái tạo hay chuyển hóa CO2 thành dạng nào đó dễ lưu trữ) thì có những bể chứa carbon tự nhiên rất quan trọng như đất, cây cối và biển.

Khi mình đốt rơm rạ, CO2 sẽ bị phát tán ra không khí. Bên cạnh đó, em phát hiện carbon ở trong đất cũng có khả năng phân hủy thành CO2, mà khả năng chứa carbon của đất lại gấp đôi khả năng chứa carbon của không khí, nên hai vấn đề nghiên cứu hình thành ở đây là: (i) làm sao để xử lý được lượng rơm rạ đốt, và (ii) làm sao để có thể giúp cho đất không phát thải ra nhiều khí CO2 nữa.

Nhờ tìm hiểu các nghiên cứu, em tìm ra cách xử lý rơm rạ bằng hình thức đốt yếm khí, thu được tro rơm rạ và hoàn trả tro lại cho đất. Thí nghiệm đo dung dịch hòa tan tro đốt và nước cho thấy nó sẽ làm tăng độ pH cho đất, và điều này đồng nghĩa với việc phần lớn carbon sẽ bị kìm hãm dưới dạng ion thay vì phát thải vào không khí.

Đây là một trong những nghiên cứu đầu tiên tạo tiền đề cho em đi sâu hơn vào nghiên cứu các bể chứa carbon tự nhiên. Nếu như hồi cấp 3, câu hỏi nghiên cứu của em là “Làm sao để giữ được carbon trong đất, cây cối và không biến chúng thành CO2?”, tức một bài toán về tìm giải pháp, thì câu hỏi ở bậc tiến sĩ bây giờ là một bài toán về định lượng “Làm sao để tính được CO2 phát thải từ đất và cây cối trên phạm vi toàn cầu?".

Ngoài ra, em cũng đang làm một đề tài nghiên cứu tiến sĩ để giải quyết bài toán khác, là làm sao tách biệt được ba dòng CO2 phát sinh từ quá trình cây quang hợp, cây hô hấp, CO2 từ đất và các động vật trên đất hô hấp bằng các mô hình toán học. Dù bản chất bài toán hồi cấp 3 và bây giờ có khác nhau, nhưng chúng đều xoay quanh vấn đề mà em mong muốn là tìm cách phát huy hết khả năng lưu trữ CO2 của những bể chứa tự nhiên.

Sinh ra tại vùng quê nghèo ở Ninh Bình trong một gia đình không thuận lợi, nhưng với niềm đam mê thiên văn từ bé, em đã làm rất nhiều hoạt động nghiên cứu chế tạo của riêng mình. Hồi cấp 2, em đã xin bố mẹ cho đi làm thêm đan lát và đính hạt cườm để tích cóp đủ tiền mua phần thấu kính. Tận dụng thêm ống nước bằng nhựa làm thân kính, em đã tạo ra một chiếc kính thiên văn tự chế đầu tiên với tiêu cự 900mm và đường kính 60mm để hằng đêm quan sát bầu trời.

Tuy chỉ là một chiếc kính thô sơ nhưng đây chính là bước đầu tiên đưa em đến với STEM. Ở vùng nông thôn, công nghệ đối với chúng em là một thứ gì đó xa xỉ và việc tiếp cận ngoại ngữ cũng khó hơn so với các bạn thành phố. Cũng khó để có thể tìm được những người bạn cùng đam mê nên gần như em phải tự mày mò mọi thứ.

Lớn hơn một chút, em đã chủ động xin phép gia đình biến phòng ngủ của mình thành một workspace có đầy đủ sách vở, thiết bị cơ khí, điện tử và một máy vi tính cũ. Từ căn phòng đó, em đã xây dựng cho mình một chiếc “máy vẽ hình tự động” đầu tiên và hai phiên bản nâng cấp của nó.

Phiên bản đầu tiên em làm là một chiếc máy vẽ có thể khắc hình ở dạng 2D, sau đó là chiếc máy khắc hình ở dạng 3D, và cuối cùng nâng cấp thành chiếc máy có thể tự thay dao khi đang vẽ nhờ các cảm biến khoảng cách, bộ nén khí và phần mềm điều khiển. Đây chính là sản phẩm mà em tự hào nhất trong quãng thời gian học cấp ba của mình.

Để làm được 3 chiếc máy này, em đã phải đạp xe từ nhà lên thành phố hơn 20km, cứ đi dọc đường thấy cửa hàng hoặc xưởng nào có đề chữ CNC là chủ động đi vào, xin phép các chú cho xem máy hoạt động. Rất may, em đã được một xưởng làm biển quảng cáo và nội thất tạo điều kiện làm thêm trong suốt mùa hè. Ở đây, em đã được tiếp xúc với các loại máy cơ khí hạng nặng, máy CNC khổ lớn và được mọi người chỉ dạy cách xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh. Điều này giúp em tiến thêm một bước tới việc kết hợp cơ khí, điện tử và lập trình.

Khoảng thời gian này, em nhớ địa điểm mình hay lui tới nhất không phải là gia đình hay nhà xưởng, mà là Bệnh viện Đa khoa tỉnh Ninh Bình. Vì làm việc liên tục và ngủ rất ít nên sức khỏe em bị xuống cấp trầm trọng. Sau lần đó em rút ra một điều, có đam mê cũng cần chú ý tới sức khỏe.

Sau sản phẩm máy vẽ hình tự động, em được nhận huy chương đồng ở Cuộc thi Sáng tạo Thanh Thiếu niên Nhi đồng toàn quốc, và do đó, được tuyển thẳng vào Khoa Khoa học vật liệu tiên tiến và công nghệ nano tại trường ĐH Khoa học và Công nghệ Hà Nội (USTH). Trước lúc nhập học, em chủ động tham gia một nhóm Robocon cùng các anh chị Khoa Điện ở trường ĐH Công nghiệp Hà Nội và được mọi người chỉ dạy nhiều điều về robot. Còn tại USTH, em đã bắt tay với mọi người để tổ chức FABLAB và tập huấn cho các thầy cô tại Nam Định về máy in 3D và máy CNC.

Con đường theo học kỹ thuật của em cũng không hoàn toàn bằng phẳng. Cả nhà chỉ có mẹ đồng ý, còn anh chị em họ hàng đều phản đối vì mọi người thương em con gái vất vả, suốt ngày cầm cơ lê, mỏ hàn khá nguy hiểm. Và lứa của em thì con gái làm về kỹ thuật khá ít, nên khi em làm ra các máy móc, thiết bị thì không mấy người tin là do em làm. Nhưng dần dần về sau, khi em học đại học và cũng đạt được thành quả ở trường thì lúc ấy mọi người mới cởi mở hơn chuyện con gái học kỹ thuật.

Ý tưởng cho các dự án của em luôn là ‘thiếu cái gì thì mình làm cái đó’, hoặc ‘nếu không muốn động tay động chân vào thì phải tìm cách cho nó tự động hóa’. Em nghĩ mình là người may mắn vì đã sớm xác định rõ định hướng, biết mình cần gì và sẽ sử dụng nó ra sao.

Trong hai năm đầu học đại học, gia đình em gặp khá nhiều biến cố và khó khăn về tài chính. Thậm chí, em đã nghĩ đến việc bỏ học để đi làm nuôi em gái. Nhưng may mắn, các thầy cô ở USTH đã liên kết với các mạnh thường quân để giúp em trang trải học phí, nhờ vậy em được tiếp tục đi học và tới giờ đã sắp hoàn thành năm thứ tư của mình. Mong muốn cháy bỏng nhất hiện nay của em là được tiếp tục học lên thạc sĩ ngành công nghệ vệ tinh ở USTH.

Những năm qua, ngoài việc học, em cũng làm thêm nhiều việc nhưng công việc chính vẫn là gia sư và dạy STEM cho các em học sinh từ 8-10 tuổi ở tổ chức Maker Hà Nội (nay là MakerViet). Có lẽ điều tự hào nhất của của em chính là được tham gia vào MakerViet. Tại đây em đã được gặp gỡ các anh chị cùng sở thích đam mê và cùng nhau tổ chức nên Vietnam STEM Challenge - cuộc thi robot dành cho học sinh cấp ba. Hiện cuộc thi đã bước vào năm thứ ba và em đã bước sang vai trò mentor của nhiều đội thi.

Từ kinh nghiệm của chính bản thân mình và trải nghiệm với bạn bè, thầy cô, anh chị và các em học sinh nhỏ, em rút ra một điều rằng để giáo dục STEM hiệu quả thì phải cho các em “làm thật”. Khoảnh khắc mà con robot do các em tự tay lập trình, lắp ráp di chuyển theo ý muốn chính là khoảnh khắc mà niềm vui biến thành động lực để các em đi xa hơn.