Virtual Experiment & Reality-based AI Lab
VERA Lab là tòa nhà thí nghiệm ảo hai tầng cho môn Hóa và Sinh. Học sinh đi lại bằng góc nhìn thứ nhất, tự pha mẫu, tự vận hành máy. Kết quả được tính từ chính mẫu đã pha, nên pha sai sẽ đo ra sai.
Dự án Khoa học kỹ thuật của Nguyễn Ngọc Bảo Trọng và Trần Đức Trọng
Phổ ¹H-NMR 60 MHz của rượu nghi pha metanol, dạng màn hình máy trong VERA Lab. Vạch metanol nằm sát vạch bốn của etanol.
Vì sao cần
Nhiều thí nghiệm dễ gây tai nạn, nên trên lớp thường chỉ được xem giáo viên làm.
GC-MS, NMR, SEM, PCR hiếm khi có ở trường phổ thông.
Học sinh ít khi thấy một thao tác sai dẫn đến kết quả sai như thế nào, trong khi đó chính là cách hiểu quy trình.
Tòa nhà
Tầng 1 là khu Hóa học, tầng 2 là khu Sinh học, nối với nhau bằng cầu thang và thang máy có cabin chạy thật. Từng khu được tải khi cần và giữ nguyên hiện trạng khi quay lại. Bấm vào một phòng trên bản vẽ để xem.
Mặt bằng đúng tỉ lệ theo tọa độ của phần mềm, đơn vị mét.
Đúng và sai
Với nồi hấp, đồng hồ áp suất có thể đánh lừa người dùng. Nếu không đuổi hết khí trước khi đóng van, đồng hồ vẫn chỉ đủ áp nhưng bên trong không đủ nóng. VERA Lab tính nhiệt độ từ bảng hơi nước IAPWS-IF97, nên hiện tượng này xảy ra đúng như ngoài đời.
Đạt tiệt trùng.
Số liệu từ bài kiểm thử tự động của phần mềm.
Máy phân tích
Bấm vào máy, cảnh 3D tạm dừng và màn hình vận hành mở ra, gồm quy trình từng bước, sơ đồ bên trong máy có hoạt cảnh, đồ thị và phần phân tích chuyên sâu. Chế độ Hướng dẫn chặn thao tác sai và giải thích lý do. Chế độ Thực hành để học sinh tự làm và tự nhận hậu quả.
Lắp ráp tự do
Khu chế tạo có khoảng 40 loại bộ phận với khớp nối chuẩn. Học sinh tự lắp bộ chưng cất, hồi lưu, thu khí, lọc hay chiết. Bộ dụng cụ chạy theo đúng cách đã nối: hơi đi theo ống, khí sục vào dung dịch, hệ kín thì áp suất tăng.
Sinh học
Tầng 2 có các bài từ quan sát tế bào, khí khổng, catalase, lên men, quang hợp đến nhuộm Gram, cấy ria, PCR, điện di và ghép gen. Vi sinh vật chỉ dùng chủng dạy học cấp an toàn sinh học BSL-1, và AI từ chối các yêu cầu vượt cấp này.
AI và điều khiển
Trợ lý AI đọc hồ sơ quy trình của từng máy trước khi trả lời. Khi được giao việc, AI lập kế hoạch từ các kỹ năng có sẵn của robot, và một bộ kiểm tra loại bước sai hoặc mất an toàn trước khi robot làm.
Webcam thường cũng đủ để điều khiển: quay đầu để xoay góc nhìn, ghé gần để phóng to, dùng cử chỉ tay qua MediaPipe. Tay cầm tự chế "Halo" dùng ESP32 đang trong giai đoạn đặt linh kiện.
Kiểm chứng
Các bài tự động thao tác như học sinh, gồm cả cố ý làm sai, rồi so kết quả với đáp án hoặc số liệu tham chiếu.
| Thí nghiệm | VERA Lab | Đối chiếu |
|---|---|---|
| Nhiệt đốt cháy glucozơ, bom nhiệt lượng | 15570 J/g | 15569 J/g (NIST) |
| Nồng độ giấm, chuẩn độ điện thế | 0,8301 mol/L | 0,8300 mol/L (đáp án) |
| Metanol trong rượu, GC-MS | 1602 mg/L | 1602 mg/L (đáp án) |
| Khối lượng còn lại khi nung đá vôi 900 °C | 56,0 % | 56,0 % (lý thuyết CaO) |
| Thành phần BaSO₄, EDS: O / S / Ba | 66,7 / 16,7 / 16,6 % | 66,7 / 16,7 / 16,7 % |
| Bộ kiểm thử mô phỏng C# và Python | 147 và 149 bài đạt | 0 bài sai |
Bảng này cho thấy mô hình tính đúng trong phạm vi các bài. Đây là mô phỏng ở mức giáo dục, chưa phải đánh giá hiệu quả dạy học.
Unity 6, URP. Toàn bộ cảnh dựng bằng code, tải và gỡ từng khu, giữ nguyên trạng thái.
C# thuần, chạy và kiểm thử được ngoài Unity. Dữ liệu có dẫn nguồn.
Python, OpenCV, MediaPipe, YuNet, truyền sang Unity qua UDP.
FastAPI, SQLite. Nhiều nhà cung cấp AI, khóa chỉ nằm ở máy chủ.
ESP32, cảm biến BMI160, joystick, cò Hall SS49E, vỏ in 3D.
Windows và macOS.
Trạng thái