Giải pháp SVMS do nhóm chuyên gia tại Đại học Bách Khoa TP.HCM hoàn thiện đảm bảo khả năng tương thích cao với hầu hết nền tảng camera giám sát đang được nhiều địa phương, đơn vị trên địa bàn TP.HCM triển khai nhằm đảm bảo an ninh trật tự, đồng thời bổ sung hàng loạt tính năng quan trọng như quản trị tập trung thời gian thực, phân loại đối tượng, cảnh báo đám đông, nhận diện biển số xe, phát hiện hành vi vi phạm giao thông, truy vết, v.v…

Trước đây, hệ thống giám sát thường chỉ được đặt ở những nơi yêu cầu tính bảo mật cao như sân bay, ngân hàng. Tuy nhiên, trong những năm gần đây nhu cầu sử dụng và lắp đặt hệ thống camera giám sát đang bùng nổ, hệ thống camera giám sát đã bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong các nhà hàng, cao ốc, văn phòng, các cơ quan hành chính hay cửa hàng buôn bán nhỏ lẻ, hộ gia đình, dưới nhiều hình thức như camera IP hay Analog, có dây hay không dây, v.v…

Cách đây hơn 10 năm, camera an ninh thu thập hình ảnh thật (nếu có) cũng chỉ dừng lại ở chất lượng hình ảnh thấp, mờ nhòe, rất khó xử lý dữ liệu khi có sự cố. Khi nhu cầu an ninh tăng cao, và công nghệ ngày càng phát triển, thì các hệ thống an ninh hiện nay đã có thể cung cấp hình ảnh chất lượng cao với giá thành hợp lý.

Tuy nhiên, nếu chỉ dừng lại ở việc giám sát an ninh thông qua dữ liệu video thời gian thực, thì giám sát viên chỉ có thể giám sát một số lượng camera tương đối nhỏ và trong một khoảng thời gian ngắn, không thể liên tục 24/24. Vì vậy, thực tế đặt ra những thách thức cho các nhà khoa học là xử lý tự động những bất thường liên quan an ninh bằng những giải pháp xử lý ảnh, trí tuệ nhân tạo. Cho đến thời điểm hiện tại, có nhiều bài toán xử lý camera thời gian thực được giải quyết tốt và ứng dụng hiệu quả vào thực tế như phân tích nội dung camera thời gian thực, nhận diện khuôn mặt, phát hiện hành vi bất thường (như trộm, vi gian lận), truy vết đối tượng, v.v…

Giao diện ứng dụng quản lý và phân tích dữ liệu camera thông minh ứng dụng trí tuệ nhân tạo (SVMS) phiên bản trên thiết bị di động giúp các cơ quan quản lý nhà nước thuận tiện hơn trong thực thi nhiệm vụ.

Việc phân tích dữ liệu camera thường yêu cầu khối lượng tính toán lớn khi phải thực hiện các thao tác phức tạp. Trong thời gian gần đây, khi các phương pháp học sâu (deep learning) ra đời, bên cạnh những đột phá về giải pháp phần cứng chuyên hỗ trợ học sâu, khối lượng tính toán dần được giải quyết. Mặc dù vậy, để ứng dụng hiệu quả học sâu vào phân tích dữ liệu camera, giải quyết được những bài toán thực tế cǜng rất khó khĕn.

Nhu cầu lớn từ thực tế

Đối với nhóm tính năng về quản lý camera, tạm gọi là VMS (Video Management System), hiện tại trên thế giới có nhiều phần mềm thương mại có thể đáp ứng đủ yêu cầu, nhưng khác nhau về chất lượng lẫn chi phí triển khai. Một số phần mềm VMS thương mại nổi tiếng như Milestone, Wowza, Nx Witness, v.v… Những giải pháp thương mại này cũng đang tiến hành phát triển các tính năng về phân tích dữ liệu camera, nhưng độ chính xác và tốc độ xử lý là khó đánh giá được, đặc biệt là khi triển khai tại môi trường khá đặc thù tại Việt Nam (sự đặc thù về giao thông, cảnh quan, thời tiết, v.v…).

Thực tế cho thấy, với sự ra đời của các mô hình học sâu, những bài toán về thị giác máy tính (trong đó có bài toán phân tích dữ liệu camera) được giải quyết đơn giản hơn và hiệu năng cao hơn. Tuy nhiên nhược điểm của các mô hình học sâu là phải "được học" (train hay feed) bởi tập dữ liệu mẫu rất lớn. Do đó, nếu mô hình học sâu nếu được học với tập dữ liệu mẫu không được thu thập tại thực tế Việt Nam, khi áp dụng cho các địa phương Việt Nam sẽ không cho hiệu năng cao. Vì vậy, việc trang bị các giải pháp thương mại nước ngoài cho Việt Nam là một thách thức về hiệu năng, ngoài ra còn có các vấn đề khác về an ninh thông tin.

Từ những thách thức như phân tích ở trên, nhóm các nhà khoa học tại Trung tâm Kỹ thuật Điện toán (Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM) đã nghiên cứu, phát triển thành công hệ thống quản lý, tích hợp và hỗ trợ phân tích dữ liệu camera thông minh (SVMS) ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo.

TS. Nguyễn Lê Duy Lai, chủ nhiệm triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ cho biết, các phần mềm quản lý video (VMS) trên thế giới nói chung cho phép giám sát, kiểm soát và ghi lại và vận hành tất cả camera và thiết bị bảo mật trong mạng. Các thành phần chính của bất kỳ hệ thống VMS nào đều là là camera, giải pháp lưu trữ, các thiết bị bảo mật và cơ sở hạ  tầng mạng. Các camera có thể là analog hoặc IP và nếu camera là analog thì các bộ mã hóa sẽ được sử dụng để thực hiện công tác chuyển đổi tín hiệu. Giải pháp lưu trữ có thể là NAS, SAN hoặc trong NVR. Một phần mềm VMS tốt phải có khả năng tích hợp các loại camera khác nhau (IP, analog, NVR) và của các hãng khác nhau như Sony, HKVision, Panasonic, Avigilon, v.v...

Có hai kiến trúc chính của một hệ thống VMS là theo kiến trúc truyền thống và theo kiến trúc hiện đại. Đa phần các hãng camera đều có phần mềm VMS riêng, và đa phần xây dựng theo kiến trúc truyền thống. Kiến trúc này cho phép việc triển khai giải pháp VMS nhanh, dễ sử dụng. Nhược điểm lớn là việc giám sát livestream camera sẽ truy xuất trực tiếp vào camera. Vì vậy, VMS theo kiến trúc này không hỗ trợ nhiều người dùng truy xuất đồng thời vào một camera.

Kiến trúc VMS hiện đại

"Do đó, kiến trúc hiện đại được nhóm triển khai cho hệ thống đã khắc phục được nhược điểm của kiến trúc truyền thống, cho phép khả năng mở rộng cao khi cho phép tích hợp vào hàng ngàn camera và phục vụ số lượng người dùng lớn đồng thời", TS. Dương Ngọc Hiếu, thành viên nhóm triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ chia sẻ thêm về tính ưu việt của giải pháp đã được triển khai thí điểm trong hơn một năm tại quận 10.

Bên cạnh việc hoàn thiện kiến trúc tổng thể cho giải pháp và các lõi trí tuệ nhân tạo cho nhu cầu nhận diện loại đối tượng, cảnh báo đám đông và phân tích dữ liệu lớn, TS. Nguyễn Lê Duy Lai và các cộng sự đã phát triển thành công phần mềm quản lý và phân tích dữ liệu camera thông minh ứng dụng trí tuệ nhân tạo (SVMS); Giải pháp quản lý và phân tích dữ liệu lớn IoT; cũng như phần mềm VMS Client cho phép cài đặt trên máy trạm, và cho phép xem camera với nhiều kịch bản khác nhau.

"Dựa trên kết quả của việc phân tích biển số giao thông hệ thống mới có thể đưa ra các quyết định liên quan đến xử phạt xe vi phạm giao thông hoặc tìm kiếm xe dựa trên biển số. Do đó việc phát triển mô-đun nhận diện biển số với độ chính xác cao và tốc độ chạy nhanh là hết sức cấp thiết", đại diện nhóm nghiên cứu chia sẻ thêm về tính năng nhận diện và phân tích biển số xe được hoàn thiện.

Đại diện nhóm triển khai nhiệm vụ trình diễn tính năng trích xuất bản số xe ở chế độ thời gian thực từ hệ thống quản lý camera giám sát tích hợp công nghệ trí tuệ nhân tạo

Về cơ bản, giải pháp hoàn thiện đã đảm bảo cung cấp những tính năng cảnh báo giao thông cơ bản; phân tích những điểm/khu vực thường xuyên xảy ra tình trạng đông xe (phương tiện giao thông); phân tích tần suất xuất hiện đám đông tại các vị trí camera theo thời gian và không gian; phân tích số lượng từng loại xe tại thời điểm xuất hiện đám đông.

"Các thông tin này cũng được cung cấp trực quan trên dashboard quản lý tập trung chạy trên máy tính cá nhân, hay trên app dành riêng cho thiết bị di động", TS. Dương Ngọc Hiếu khẳng định.

Nhận định về hiệu quả của giải pháp vừa được hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ khoa học - công nghệ do Sở KH&CN TP.HCM đánh giá là mang tính thực tế cao, TS. Nguyễn Lê Duy Lai cho biết "nghiên cứu về hệ thống camera giám sát thông minh là một trong những chủ đề rất được quan tâm trong lĩnh vực thị giác máy tính (computer vision), với mục đích nhằm trích xuất một cách hiệu quả những thông tin hữu ích từ một số lượng lớn các video thu được từ các camera giám sát bằng cách tự động phát hiện, theo dõi, nhận biết, phân tích và hiểu các hành vi hoạt động của các đối tượng được giám sát". Vì thế, TS. Nguyễn Lê Duy Lai khẳng định, việc phát hiện các đối tượng chuyển động trong camera nhờ các kỹ thuật xử lý ảnh, để khoanh vùng và đoán nhận một số hành vi của đối tượng là một việc làm có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

Tính năng cảnh báo đám đông, tắc nghẽn giao thông dựa trên các kịch bản được lập trình sẵn cũng như sự phân tích của hệ thống trí tuệ nhân tạo tích hợp

Nhận định về hiệu quả kinh tế xã hội, TS. Nguyễn Lê Duy Lai khẳng định hệ thống SVMS có thể được triển khai cho nhiều đơn vị khác trong khối cơ quan nhà nước từ Công an, UBND, đơn vị sự nghiệp, v.v… vì nhu cầu giám sát an ninh bằng công nghệ camera và trí tuệ nhân tạo là xu hướng chung của thế giới nói chung và của Việt Nam nói riêng.

Với năng suất lên đến 41-45 tấn/ha, giống mướp hương F1-SLP912 được kỳ vọng mở ra hướng tiếp cận mới cho các hộ sản xuất nông nghiệp trên địa bàn TP.HCM và khu vực Tây Nam Bộ.

Mướp hương là một trong những loại rau quả được trồng phổ biến, rất quen thuộc và gần gũi đối với người dân Việt Nam. Quả mướp được chế biến thành nhiều món ăn ngon, là loại rau tươi đầy dinh dưỡng. Ngoài ra, mướp hương cũng được sử dụng trong đông y với nhiều công dụng được lấy từ tất cả các bộ phận của cây…. Tại Việt Nam, mướp hương có nhiều cơ hội để phát triển bởi vì, nước ta là một nước nông nghiệp, có nhiều lợi thế và tiềm năng về vị trí địa lý, điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng, nhân lực, cho phép phát triển sản xuất nhiều loại rau quả có giá trị kinh tế lớn. Trong đó, Tây Nam Bộ là vùng trồng cây hoa màu và rau lớn, và là một trong những vùng có sản lượng cung cấp các mặt hàng rau tươi chủ yếu của TP.HCM. Khí hậu vùng Tây Nam Bộ dễ chịu, điều hòa, ít bão, quanh năm nóng ẩm, tương đối ổn định với hai mùa rõ rệt, là điều kiện phù hợp phát triển rau nhiệt đới. Với điều kiện khí hậu, đất đai thuận lợi, diện tích đất trồng rau tăng nhanh nên vùng Tây Nam Bộ có nhiều cơ hội cho sự phát triển của mướp hương.

Tuy nhiên sự phát triển của cây mướp hương hiện nay chưa tương xứng với tiềm năng của nó. Nguyên nhân dẫn đến tình trạng này là do hạn chế về yếu tố giống và kỹ thuật canh tác, các giống áp dụng trong sản xuất hiện nay một phần nhỏ là các giống địa phương thụ phấn tự do, do người dân sản xuất theo phương thức truyền thống, được người dân thu hái, cất giữ theo kinh nghiệm, thường bị thoái hóa và lẫn tạp dẫn đến năng suất và giá trị thương phẩm thấp. Ngoài ra, đa số người dân sử dụng hạt giống F1 mua từ các đại lý, các giống ưu thế lai F1 tuy có nhiều ưu điểm vượt trội hơn các giống truyền thống về năng suất, chất lượng và độ đồng đều cao nhưng chưa phù hợp với yêu cầu và tập quán canh tác của người nông dân. Hơn nữa, giá thành của các giống ngoại nhập thường cao hơn các giống F1 trong nước nên thường khó được chấp nhận áp dụng vào thực tế sản xuất. Bên cạnh đó, thị hiếu người tiêu dùng là các giống mướp hương có quả thuôn thẳng, dài vừa phải, màu sắc vỏ quả đẹp, mùi thơm hấp dẫn sau khi nấu, thịt quả không bị thâm, và ngọt đậm. Vì vậy, người dân luôn mong muốn có được giống mướp hương mới đáp ứng với các tiêu chí trên.

Theo đó, để hiện thực hóa những nội dung quan trọng của Chương trình mục tiêu phát triển giống cây, giống con chất lượng cao trên địa bàn TP.HCM, và từ sự hỗ trợ kinh phí của Sở KH&CN TP.HCM, đội ngũ kỹ sư - chuyên gia tại công ty TNHH Hạt Giống Tân Lộc Phát đã triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ "Nghiên cứu chọn tạo giống Mướp hương lai F1 (Lufa cylindrycal L. Roem) cho thị trường TP.HCM và Tây Nam Bộ".

Quả mướp hương thu hoạch từ hạt giống thành phẩm THL L15xL44 (trái) và hạt giống của một số THL ưu tú được lai tạo trong quá trình triển khai nhiệm vụ

Đại diện nhóm thực hiện đề tài cho biết, nhóm đã khảo sát tình hình canh tác mướp hương, thị hiếu thị trường ở TP.HCM và một số tỉnh miền Tây Nam Bộ. Theo kết quả khảo sát cho thấy, dù mướp hương có thể trồng quanh năm và điều kiện khí hậu phù hợp với sự sinh trưởng và phát triển, nhưng bình quân diện tích trồng mướp hương ở các địa phương tương đối nhỏ (dưới 3.300 m2/hộ), riêng ở TP.HCM thì chỉ khoảng 1.300 m2/hộ. Hiện nay, ở vùng Tây Nam Bộ đang thịnh hành giống mướp hương Taka L07, nhưng giống này thưa trái và dễ bị bệnh. Bên cạnh đó, các giống mướp hương địa phương khác cho cây khỏe, trái xanh nhưng dạng trái không đồng đều, ngoài ra do người dân sản xuất theo phương thức truyền thống nên thường bị thoái hóa và lẫn tạp dẫn đến năng suất và giá trị thương phẩm.

Kỹ sư Vũ Quốc Trưởng, chủ nhiệm nhiệm vụ cho biết, nhóm thực hiện đã đánh giá nguồn nguyên liệu 50 dòng mướp hương đời S6, đánh giá khả năng kết hợp chung của các dòng bằng phương pháp lai đỉnh 50 dòng mướp hương đời S6 với đối chứng Taka L07 và đánh giá độ thuần của dòng bằng kỹ thuật sinh học phân tử SSR. Sau khi loại bỏ các dòng không phù hợp, nhóm thực hiện bố trí lai định hướng 10 dòng mướp hương còn lại bằng phương pháp Griffing 4, tạo ra được 45 tổ hợp lai mướp hương mới, đồng thời theo dõi và đánh giá thêm một số đặc tính sinh trưởng của các dòng tham gia lai tạo.

Sau khi khảo sát 45 tổ hợp lai mướp hương F1 đã lai tạo được so với giống đối chứng Taka L07, nhóm thực hiện nhận thấy hầu hết các tổ hợp lai (THL) đều có những đặc điểm nổi trội hơn giống đối chứng về thời gian ra hoa, ngày thu hoạch và thời gian kết thúc thu hoạch. Trong số 45 THL, chỉ có 6 THL có năng suất cao hoặc bằng so với đối chứng, có kích thước quả nằm trong khoảng từ 30 – 40 cm, phù hợp với thị hiếu của thương lái và người tiêu dùng.

Từ 6 THL ưu tú đã chọn được ở vụ Hè Thu năm 2020, nhóm tiếp tục trồng và so sánh ở vụ Thu Đông 2020 và đã chọn ra 3 THL mướp hương triển vọng: L5xL44 và L15xL44, L15xL49. Trong đó 2 THL L5xL44 và L15xL44 có các đặc điểm vượt trội: Thời gian kết thúc thu hoạch 103,3-105,7 NSG, cùng với đặc điểm quả hình trụ, dài 31,8-35,7 cm, đường kính quả 4,0-4,2 cm, khối lượng trung bình quả 239-242 gam. Đặc biệt năng suất thực thu rất cao và vượt trội so với các giống còn lại, đạt 39,1-39,5 tấn/ha, cao hơn so với đối chứng là 10,4-10,8 tấn/ha, tỷ lệ thương phẩm 97,7-98,3%. Bên cạnh đó độ cứng quả 13,8-16,1 lbf, độ brix ở mức 7,6-7,9, quả thơm và thời gian bảo quản trung bình 5 ngày với màu sắc quả xanh đậm có kèm sọc đậm phù hợp với thị hiếu người tiêu thụ tại TP.HCM và Tây Nam Bộ.

Hình dạng quả của 3 THL mướp hương ưu tú và đối chứng Taka L07

Sau khi trồng và trình diễn hội thảo đầu bờ ở TP.HCM và các tỉnh Vĩnh Long, Long An và Tiền Giang, nhóm triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ ghi nhận kết quả qua đó cho thấy THL L15xL44 là giống thích hợp nhất cho thị trường TP.HCM và Tây Nam Bộ. Với nhiều ưu điểm vượt trội về sinh trưởng, khả năng chống chịu bệnh mốc sương tốt, thu hoạch quả khá sớm (53- 54 NSG). Dạng quả thon thẳng khá đẹp với màu sắc xanh đậm có kèm sọc đậm, ít gai, chiều dài 34,0-35,8 cm, đường kính 4,0-4,3 cm và khối lượng 245,5-249,4 gam/quả. Ngoài giá trị thương phẩm về hình dạng và màu sắc thì giống còn ăn ngon với độ ngọt đạt 7,9 (0brix) và có mùi thơm trước và cả sau khi nấu chín. Đặc biệt, năng suất của giống rất cao và vượt trội so với các giống còn lại, đạt 41-45 tấn/ha, cao hơn nhiều so với đối chứng là 10,7-14,8%, tỷ lệ thương phẩm 97,2-98,8%. Ngoài ra, giống có tính ổn định khá cao, mặc dù trồng trình diễn ở các địa điểm khác nhau nhưng giống đều cho kết quả tốt.

Tại các hội thảo này, đại diện nhiều hộ nông dân cũng cho rằng kích thước của giống thuận tiện cho việc đóng gói và vận chuyển đi xa; và hơn thế nữa, với năng suất cao vượt trội sẽ góp phần rất lớn trong việc tăng hiệu quả kinh tế của bà con.

Nông dân tại các khu vực trồng thử nghiệm cho biết, giống mướp hương mới cho năng suất cao, ổn định, rất ít gặp phải tình trạng bị sâu bệnh hại

Sau khi trồng trình diễn thành công tại TP.HCM, Vĩnh Long, Long An và Tiền Giang, tổ hợp lai ưu tú nhất là THL L15xL44 đã được tiến hành nhân hạt bố - mẹ, F1 và đăng ký bảo hộ giống (với tên hạt giống là mướp hương lai F1-SLP912) phục vụ thương mại hóa.

Các thành viên hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ khoa học - công nghệ trao đổi với đại diện đơn vị triển khai nhiệm vụ về chất lượng quả mướp hương sau thu hoạch

Tựu trung, giống mướp hương mới với năng suất cao, khả năng sinh trưởng phù hợp với thổ nhưỡng và thời tiết khu vực Tây Nam Bộ cũng như TP.HCM vừa được công ty TNHH Hạt Giống Tân Lộc Phát lai tạo thành công, đã mở ra một hướng tiếp cận cho các hộ gia đình, hợp tác xã, đơn vị chuyên trồng rau - củ - quả trên phạm vi toàn quốc nói chung và khu vực Nam Bộ, đặc biệt là tại TP.HCM và các tỉnh Tây Nam Bộ nói riêng khi có thêm lựa chọn để phát triển sản xuất theo hướng nông nghiệp hiện đại, chú trọng đến việc sử dụng các nguồn cây con giống chất lượng cao.

Từ việc chủ động được nguồn nguyên liệu năng suất cao, nhóm các nhà khoa học TP.HCM đã sản xuất serum trẻ hóa da có 10 công dụng: giảm đốm nâu bề mặt da, giảm nếp nhăn bề mặt, tăng cấu trúc da, giảm sắc tố dưới da, tăng độ ẩm dưới da, hỗ trợ làm giảm hư tổn do tia cực tím, giảm các cấu trúc mụn ẩn dưới da, tăng cường trao đổi chất của da, tăng cường cấu trúc da tại các khu vực nhạy cảm, se khít lỗ chân lông bề mặt da.

Thực tế cho thấy, nhiều hãng mỹ phẩm trên thế giới đã thương mại hóa sản phẩm có chứa nhân tố tăng trưởng nguyên bào sợi FGF-2 (còn được gọi là sh-polypeptide-1 theo danh pháp quốc tế các thành phần mỹ phẩm) kết hợp với các nhân tố tăng trưởng khác với tác dụng chống lão hóa, giảm nếp nhăn, tăng tổng hợp collagen. Ngoài ra, FGF-2 cũng được biết đến với khả năng làm liền sẹo, trị sẹo lồi, phục hồi vết thương và tái tạo da.

PGS.TS Đặng Thị Phương Thảo cho biết, các nhà khoa học tại Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQG TP.HCM) đã triển khai những nội dung liên quan đến dòng hóa tạo ra các chủng vi sinh vật mang và biểu hiện gene fgf2; khảo sát tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến tăng trưởng của vi sinh vật cùng yếu tố ảnh hưởng đến khả năng biểu hiện protein mục tiêu, từ đó tối ưu hóa các điều kiện biểu hiện và nâng quy mô sản xuất protein tái tổ hợp FGF-2.

Từ việc tăng cường sản xuất protein mục tiêu hiệu quả với năng suất cao (năng suất được tính bằng lượng sản phẩm được tạo ra trên một đơn vị thể tích trong một đơn vị thời gian), nhóm triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ do PGS.TS Đặng Thị Phương Thảo chủ trì đã tạo được nguồn nguyên liệu để đưa vào sản xuất serum trẻ hóa da. Nguyên liệu protein FGF2 tái tổ hợp được chuẩn hóa dựa theo các tiêu chuẩn protein tái tổ hợp dùng cho người của Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Thuốc Hoa Kỳ (FDA) và các tổ chức chăm sóc sức khỏe thế giới.

Sản phẩm serum trẻ hóa da từ protein tái tổ hợp FGF-2, EGF

Cụ thể, nhóm triển khai đã tạo được dòng E. coli BL21(DE3) có khả năng biểu hiện FGF-2 dạng tan trong tế bào chất, ổn định qua ít nhất là 30 lần cấy chuyền. Protein FGF-2 nguyên liệu được lên men sản xuất ở quy mô 5 lít. Kết quả của một đợt lên men đã thu nhận được lượng protein FGF-2 trước tinh sạch đạt xấp xỉ 5,245 gam.

Để loại protein tạp, dịch protein tan nội bào được tiến hành tinh sạch bằng phương pháp sắc ký trao đổi cation. FGF-2 thành phẩm có hoạt tính riêng 2,4x106 ± 0,2x106 IU/mg; độ tinh sạch 92,8 ± 1,6%; hàm lượng nội độc tố trong ngưỡng cho phép 0,066 ± 0,001 EU/mL (thấp hơn ngưỡng 0,1 EU/mL). Đây cũng là kết quả được ghi nhận trong nhiệm vụ khoa học và công nghệ “Phát triển mỹ phẩm trẻ hóa da từ protein tái tổ hợp FGF-2, EGF” do Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQG TP.HCM) chủ trì.

Quy trình tinh chế FGF2

Ngoài FGF-2, trong serum trẻ hóa da do nhóm triển khai sản xuất có một thành phần quan trọng nữa, là protein tái tổ hợp EGF. Nhân tố tăng trưởng biểu bì EGF là yếu tố tăng trưởng đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết tăng trưởng và sự phát triển của nhiều loại tế bào đặc biệt là tế bào biểu bì. EGF chịu trách nhiệm kích hoạt việc tái cấu trúc các liên kết mạng vi mạch và cải thiện việc chữa lành vết thương bằng cách kích thích tổng hợp collagen, elastin và acid hyaluronic. Ở da, EGF đóng vai trò quan trọng trong sự tăng trưởng và tái tạo của keratinocyte, nguyên bào sợi. EGF đã được chứng minh ở dạng serum có khả năng làm mờ nếp nhăn ở đuôi mắt, giảm bọng mắt và làm đầy các sẹo rỗ do mụn.

Theo PGS.TS Đặng Thị Phương Thảo, nhóm triển khai nhiệm vụ đã tạo được dòng E. coli có khả năng biểu hiện EGF dạng tiết trong môi trường ổn định qua ít nhất là 30 lần cấy chuyền, xây dựng quy trình sản xuất EGF tái tổ hợp ở quy mô lên men 5 lít với hiệu suất lên men đạt trên 475,1 ± 23,4 mg/L dịch môi trường, tinh chế thu nhận EGF hiệu suất 9 ± 0,2%, năng suất 4,4 ± 0,3 mg/mẻ tinh chế từ 100 ml môi trường lên men. EGF thành phẩm có hoạt tính riêng là 0,548 ± 0,040 x103 IU/μg; độ tinh sạch: 93,15 ± 1,34%; hàm lượng nội độc tố trong ngưỡng cho phép (0,075  ± 0,001 EU/mL).

Quy trình tinh chế EGF

Từ nguồn nguyên liệu FGF-2 và EGF thu được, nhóm triển khai đã xây dựng công thức serum trẻ hóa da (có chứa 2 protein tái tổ hợp FGF-2, EGF hỗ trợ tái tạo cấu trúc da) trên nền dung môi nước vì khả năng hòa tan giúp các hoạt chất dễ dàng thâm nhập vào da và khả năng bay hơi tạo môi trường thông thoáng, hỗ trợ sự trao đổi chất của da.

Theo đó, công thức mỹ phẩm được thiết kế dạng dung dịch là hỗn hợp đồng nhất của các thành phần hòa tan. Công thức chất nền được xây dựng dựa trên cơ sở bổ sung các chiết xuất thực vật để làm mềm và dịu da, cân bằng pH da, làm giảm khả năng kích thích của các thành phần gây kích ứng, và cũng làm tăng tính thẩm mỹ (cảm giác sử dụng trên da). Sau đóng gói, sản phẩm được bảo quản ở nhiệt độ 20-22 độ C, độ ẩm 65-70%, đạt các chỉ tiêu ngoại quan, kết cấu sản phẩm, hóa lý, vi sinh (ISO 11930:2019) căn cứ theo Thông tư 06/2011 của Bộ Y tế đảm bảo giới hạn vi sinh vật trong sản phẩm mỹ phẩm.

Quy trình sản xuất serum trẻ hóa da

Đánh giá độc lập hiệu quả trẻ hóa da của serum trên tình nguyện viên, kết quả cho thấy có đến 90% tình nguyện viên phản hồi rằng đã ghi nhận các hiệu quả sau: giảm đốm nâu bề mặt da, giảm nếp nhăn bề mặt, tăng cấu trúc da, giảm sắc tố dưới da, tăng độ ẩm dưới da, hỗ trợ làm giảm hư tổn do tia cực tím, giảm các cấu trúc mụn ẩn dưới da, tăng cường trao đổi chất của da, tăng cường cấu trúc da tại các khu vực nhạy cảm, se khít lỗ chân lông bề mặt da.

Kết quả phân tích da bằng máy Smart Mirror - LD6021D trên từng chỉ tiêu theo dõi cho thấy có 40% tình nguyện viên cải thiện về lỗ chân lông; 70% tình nguyện viên cải thiện các chỉ tiêu đốm nâu bề mặt, cấu trúc PL, chất lượng da tại khu vực nhạy cảm trên mặt và độ hư tổn do tia cực tím; 80% tình nguyện viên có cải thiện về nếp nhăn bề mặt, và trao đổi chất qua da; da mặt của 90% tình nguyện viên có cải thiện trên các chỉ tiêu về cấu trúc porphyrin dưới da, sắc tố dưới da và độ ẩm dưới da. Đây là một kết quả khả quan, qua đó khẳng định rằng serum cho tác động trẻ hóa da rất rõ ràng.

Hiệu quả làm giảm nếp nhăn bề mặt

Hiệu quả làm giảm đốm nâu bề mặt

Hiệu quả cải thiện porphyrin dưới da

Hiệu quả cải thiện sắc tố dưới da

PGS.TS Đặng Thị Phương Thảo cũng thông tin thêm, một số doanh nghiệp mỹ phẩm đã ngỏ lời hợp tác chuyển giao công nghệ để sớm đưa sản phẩm serum vào thương mại hóa. Chưa dừng lại ở đó, nhiều tình nguyện viên trước đây cho biết rất sẵn sàng cũng như mong đợi được sử dụng chính thức và thường xuyên dòng mỹ phẩm trẻ hóa da từ protein tái tổ hợp FGF-2, EGF như họ từng trải nghiệm và yêu thích.

Thông tin liên hệ:
Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQG TP.HCM)
Địa chỉ: 227 Nguyễn Văn Cừ, quận 5, TP.HCM
Điện thoại: 028 62884499 - 028 73089899 - 0909420355

Email: dtpthao@hcmus.edu.vn
Website: www.hcmus.edu.vn

Nhóm nghiên cứu đã đánh giá được xu thế biến động các yếu tố mưa, triều và lũ từ các hồ chứa thượng lưu, và diện tích bê tông hóa để làm cơ sở đề xuất cách tiếp cận tổng thể và các giải pháp kỹ thuật và quản lý cụ thể phục vụ nâng cấp và cải tạo hệ thống thoát nước đô thị.

Ngập lụt đô thị đang là một trong những thách thức đe dọa sự phát triển bền vững kinh tế - xã hội khu vực TP.HCM. Hệ thống hạ tầng thoát nước (HTTN) chưa đầy đủ và đồng bộ cùng với những tác động biến đổi khí hậu (BĐKH), nước biển dâng (NBD), đô thị hóa quá mức cho phép đang làm trầm trọng thêm tình hình ngập lụt tại TP.HCM.

(Ảnh minh họa)

Đầu tư nâng cấp và cải tạo HTTN đang là một trong những ưu tiên hàng đầu ở TP.HCM. Tuy nhiên, quy mô nâng cấp và cải tạo HTTN thường rất khó xác định chính xác vì tính bất định trong tương lai của lượng mưa và mực nước. Do đó, các nhà khoa học ở Viện Môi trường và Tài nguyên (thuộc ĐHQG TP.HCM) đã thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ “Nghiên cứu cải tạo và nâng cấp hệ thống thoát nước nhằm kiểm soát ngập lụt do lượng mưa và triều cường tăng trong điều kiện biến đổi khí hậu trên địa bàn TP. Hồ Chí Minh” nhằm đánh giá khả năng thoát nước của HTTN hiện hữu ứng với các thông số mưa và triều cường, cùng các kịch bản gia tăng mưa và triều do tác động của BĐKH và NDB; đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý tiên tiến, khả thi phục vụ công tác nâng cấp và cải tạo HTTN nhằm giảm nhẹ ngập lụt do tác động của BĐKH và NBD; đề xuất lộ trình triển khai các dự án nâng cấp và cải tạo HTTN nhằm kiểm soát ngập lụt hiệu quả theo các kịch bản BĐKH và NBD.

PGS.TS Châu Nguyễn Xuân Quang (chủ nhiệm nhiệm vụ) chia sẻ: “Nghiên cứu cải tạo và nâng cấp HTTN ứng phó với mưa và triều cường tăng do tác động của BĐKH, NBD là việc làm rất cần thiết để tìm kiếm các giải pháp kỹ thuật công nghệ, quản lý tiên tiến, khả thi và đề xuất tiến độ đầu tư hợp lý để đạt hiệu quả cao nhất.”.

Lượng mưa thời đoạn ngắn từ 15-90 phút có xu thế gia tăng mạnh trong giai đoạn từ 1982-2019, trong đó lượng mưa thời đoạn 45 phút có xu thế gia tăng mạnh nhất với tốc độ 0,7 mm/năm. Số trận mưa cực đoan cũng có xu thế gia tăng mạnh kể từ năm 2016 đến nay. Mưa lớn vượt quá tần suất thiết kế là nguyên nhân chính gây ra tình trạng ngập lụt cục bộ tại các khu vực đã đầu tư hoàn chỉnh HTTN.

 Số trận mưa cực trị xảy ra hằng năm giai đoạn 1982 đến 2019

 Xu thế gia tăng lượng mưa thời đoạn 45 phút từ 1982 -2019

Mực nước tại các trạm đo xung quanh khu vực TP.HCM có xu thế gia tăng rõ rệt từ năm 1980-2019. Tốc độ dâng mực nước lớn nhất vào khoảng 1,55 cm/năm, 1,32 cm/năm, 1,26 cm/năm và 1,47 cm/năm tương ứng tại các trạm Biên Hòa, Nhà Bè, Thủ Dầu Một và Phú An. Nguyên nhân gia tăng mực nước là do tác động tổng hợp của các yếu tố NBD, xây dựng đê bao, san lấp khu vực trũng thấp có khả năng chứa nước và lún.

 Xu thế gia tăng mực nước giai đoạn 1980-2019 tại khu vực TP.HCM

Với cơ chế vận hành liên hồ chứa và điều tiết lũ phù hợp đã giúp kiểm soát tốt xả lũ từ thượng lưu từ sau năm 2000 đến nay. Tuy nhiên, TP.HCM cũng cần có phương án dự phòng cho trường hợp xả lũ do các sự kiện mưa cực đoan trên lưu vực thượng nguồn do tác động của BĐKH.

Xu thế xả lũ hồ Dầu Tiếng

Diện tích đất không thấm có sự gia tăng tuyến tính khoảng 1,77 %/5 năm. Trước năm 2000, tại thời điểm khoảng năm 1995-2000, tỷ lệ diện tích đất không thấm cao gấp 2 lần so với giai đoạn năm 1985-1990. Sau giai đoạn này, TP.HCM bắt đầu đô thị hóa mạnh có sự thay đổi sử dụng đất rõ rệt khi tỷ lệ đất không thấm đã cao lên 4,02 % (2000-2005) tức gấp hơn 1,5 lần giai đoạn 1995-2000 (2,48 %). Quá trình đô thị hóa vẫn tiếp tục diễn ra mạnh mẽ trong các giai đoạn tiếp theo với tỷ lệ đất không thấm cho các năm 2005-2010, 2010-2015, 2015-2020 lần lượt là 6,09 %, 10,22 % và 14,38 %.

 Thay đổi diện tích bề mặt không thấm khu vực TP.HCM giai đoạn 1985-2020

Theo PGS.TS Châu Nguyễn Xuân Quang, các yếu tố đầu vào như mưa, mực nước trong sông thay đổi liên tục theo thời gian và có yếu tố bất định cao nên giải pháp nâng cấp, cải tạo HTTN cần được lựa chọn theo hướng linh hoạt, mềm dẻo có khả năng mở rộng trong tương lai.

"Vì thế, nên ưu tiên các giải pháp có khả năng mở rộng hoặc thu hẹp một cách thuận tiện ví dụ như giải pháp tường chắn, mương hở, hồ điều tiết ngầm. Hơn nữa, các giải pháp lựa chọn phải đảm bảo hài hòa giữa ngắn hạn và dài hạn", PGS. TS Châu Nguyễn Xuân Quang thông tin.

Giải pháp quy mô nhỏ có thể giải quyết nhanh các điểm ngập cục bộ nên được ưu tiên lựa chọn. Song song với các giải pháp ngắn hạn, cần triển khai các giải pháp dài hạn, quy mô lớn đồng bộ giúp kiểm soát tốt tình trạng ngập lụt khu vực. Kết hợp hài hòa giữa giải pháp ngắn hạn và dài hạn sẽ nâng cao hiệu quả đầu tư nâng cấp và cải tạo HTTN và kiểm soát ngập lụt.

Kết quả mô phỏng cho thấy, khu vực TP.HCM bị ngập khá nhiều tại các tuyến cống nhánh với trường hợp mưa thiết kế với chu kỳ lặp lại P=5 năm. Nguyên nhân chính là do các cống nhánh được thiết kế với chu kỳ lặp lại P=1-2 năm theo tiêu chuẩn quy phạm. Đây cũng là một trong những thách thức đối với công tác quản lý ngập lụt hiện nay.

Sau khi khảo sát HTTN quy mô lớn và phức tạp ở TP.HCM, nhóm triển khai nhiệm vụ khuyến nghị áp dụng giải pháp quản lý nâng cấp và cải tạo HTTN theo quy mô từng tiểu lưu vực. Theo đó, khu vực TP.HCM (trừ huyện Cần Giờ) được phân chia thành 47 tiểu lưu vực, thực hiện kiểm soát dòng chảy tại các cửa ra của lưu vực để khống chế hệ số chảy tràn chung cho toàn tiểu lưu vực. Đối với các lưu vực đã xảy ra ngập thì cần xác định nguyên nhân, từ đó lập kế hoạch ứng phó cũng như triển khai các giải pháp phù hợp thực tiễn tại lưu vực. Đối với các lưu vực chưa ngập, thì cần đánh giá rủi ro, dự báo nguy cơ ngập lụt để lên kế hoạch và lập các phương án phù hợp phòng ngừa các rủi ro đó.

Nhóm nghiên cứu đã xây dựng được phương pháp đánh giá mức độ ưu tiên và xây dựng bản đồ khuyến nghị ưu tiên áp dụng các giải pháp nâng cấp và cải tạo HTTN phù hợp với điều kiện tự nhiên và hiện trạng kỹ thuật của các khu vực cụ thể. Nhóm giải pháp khuyến nghị áp dụng gồm: Kỹ thuật thoát nước bền vững, hồ điều tiết hở, hồ điều tiết ngầm, sửa chữa, gia cường cống, bổ sung cống mới bằng giải pháp thi công ngầm, bổ sung cống mới bằng giải pháp thi công đào hở, bổ sung máy bơm, áp dụng tiêu chuẩn thiết kế mới. Mức độ ưu tiên áp dụng các giải pháp sẽ được khuyến nghị dựa trên điều kiện cụ thể của từng tiểu lưu vực.

Kết quả khảo sát xã hội cho thấy có sự nhận thức và đồng thuận cao về khả năng lồng ghép các giải pháp nước mưa tại nguồn vào các dự án nâng cấp và chỉnh trang đô thị của chính quyền địa phương, người dân và chủ dự án. cạnh quan tâm đến khả năng giảm ngập của các giải pháp họ cũng rất quan tâm đến những vấn đề về diện tích đất, mỹ quan và xã hội (sức khỏe người dân, khả năng gắn kết cộng đồng).

Bên cạnh các đề xuất về tiếp cận và giải pháp nâng cấp và cải tạo HTTN tổng thể, nhóm triển khai đã nghiên cứu điển hình thí tiểu lưu vực số 9 (TLV09) ở lưu vực rạch Thủ Đức (TP.Thủ Đức, TP.HCM) về nâng cấp cải tạo HTTN ứng phó với BĐKH.

 Bản đồ địa hình tiểu lưu vực 09 (thuộc TP. Thủ Đức, TP.HCM)

TLV09 có độ dốc khá lớn, mật độ đô thị hóa cao nên thời gian tập trung nước nhanh, hệ số dòng chảy tràn lớn. Dòng chảy tràn sẽ tập trung nhanh về phía hạ lưu nơi có địa hình thấp gây ra ngập lụt nghiêm trọng. Khi các tuyến cống bị quá tải, nước mưa sẽ chảy tràn trên các tuyến đường giao thông và có thể gây ra ngập lụt tại các khu vực trũng thấp cục bộ theo tuyến đường. Hơn nữa, do độ dốc dọc của đường khá lớn nên vận tốc dòng chảy tràn khá lớn gây nguy hiểm cho người và phương tiện lưu thông.

Vì vậy, nhóm triển khai kiến nghị ứng dụng các giải pháp điều tiết kiểm soát nước mưa tại nguồn để giảm hệ số dòng chảy tràn khu vực xuống 0,65 (theo kinh nghiệm của Singapore). Cùng với đó là bổ sung các tuyến mương hở dọc theo các tuyến đường để tăng cường khả năng thoát nước và giảm dòng chảy tràn trên mặt đường.

"Mô hình thí điểm kiểm soát nước mưa tại nguồn quy mô nhỏ cho thấy có nhiều tiềm năng triển khai giải pháp này tại TP.HCM", đại diện nhóm triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ nhấn mạnh.

Xây dựng mô hình thí điểm kiểm soát nước mưa tại nguồn quy mô nhỏ tại khuôn viên Cơ sở 2 Viện Môi trường và Tài nguyên (ĐHQG TPHCM)

Nhóm triển khai cũng khuyến khích các nhà khoa học kế thừa kết quả nhiệm vụ để tiếp tục phát triển theo hướng nghiên cứu sâu hơn về vấn đề quản lý ngập lụt đô thị cho TP.HCM theo hướng tiếp cận bền vững, giảm thiểu tác động đến môi trường và cảnh quan.

Bằng cách tận dụng hạ tầng mạng sẵn có cũng như khai thác dịch vụ kết nối truyền dẫn đang được các doanh nghiệp viễn thông triển khai trên địa bàn TP.HCM, kiến trúc mạng băng rộng cho thành phố thông minh do các nhà khoa học trong nước thiết kế không chỉ giúp giảm đáng kể chi phí đầu tư, mà còn nâng cao tính bảo mật, an toàn - an ninh thông tin trong khi vẫn đảm bảo tối đa về hiệu năng, độ ổn định.

Phát triển hạ tầng viễn thông và Kế hoạch phát triển hạ tầng số tại TP.HCM giai đoạn 2020-2030 là đề án thuộc Chương trình đột phá phát triển hạ tầng TP.HCM được đề cập trong Nghị quyết Đại hội Đảng bộ TP.HCM lần thứ XI. Theo đó, một trong những nhiệm vụ trọng tâm của đề án là xây dựng mô hình thiết kế tổng thể cho hạ tầng băng rộng dùng riêng, phục vụ các ứng dụng đô thị thông minh của TP.HCM, sẵn sàng trở thành nền tảng kết nối cho các hệ thống IoT, đặc biệt là hệ thống camera giám sát được lắp đặt trên địa bàn.

TS. Tân Hạnh (Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông cơ sở tại TP.HCM) cho biết, mạng băng rộng chuyên dùng của TP.HCM (định danh là mạng MetroNet) đã thực hiện kết nối giữa UBND Thành phố đến sở, ban, ngành, quận, huyện, phường, xã, thị trấn, tổng công ty và các đơn vị trực thuộc. Trong đó, có gần 800 điểm đã kết nối vào hệ thống mạng phục vụ việc trao đổi thông tin trong vận hành, liên thông hệ thống thông tin chỉ đạo điều hành các cấp. Tuy nhiên, mạng MetroNet hiện nay vẫn còn một số hạn chế như khó mở rộng băng thông, cũng như điều chỉnh băng thông giữa các đơn vị, các thành viên của hệ thống MetroNet. Đặc biệt, Thành phố không thể xây dựng quy hoạch hạ tầng băng rộng dùng riêng khi còn phải dựa trên hạ tầng của doanh nghiệp, và chi phí thuê (do các doanh nghiệp viễn thông cung cấp) không giống nhau gây khó khăn cho việc phát triển hạ tầng. Bên cạnh đó, bảo mật của hạ tầng băng rộng dùng riêng chưa đảm bảo khi mà doanh nghiệp cung cấp dịch vụ viễn thông chia sẻ cùng dung lượng đường truyền (băng thông) cho nhiều nhóm khách hàng khác trên cùng một sợi/tuyến cáp.

Hay nói cách khác, mạng băng rộng dùng riêng hiện tại của TP.HCM vẫn chưa thực sự chưa đáp ứng được cho Trung tâm dữ liệu dùng chung của Thành phố, cũng như cho Trung tâm tính toán hiệu năng cao mà Thành phố đang chuẩn bị đầu tư.

Hoàn thiện kiến trúc

Để khắc phục những hạn chế trên, đội ngũ chuyên gia - kỹ sư thuộc Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông (cơ sở tại TP.HCM) đã thiết kế kiến trúc mạng băng thông rộng phục vụ đô thị thông minh thông qua nhiệm vụ khoa học - công nghệ “Thiết kế mạng băng rộng cho thành phố thông minh”.

TS. Tân Hạnh khẳng định, đây là hạ tầng để đảm bảo sự kết nối, đáp ứng nhu cầu phát triển của hạ tầng mạng một cách linh hoạt và đảm bảo sự bền vững lâu dài.

Mô hình mạng logic của "Mạng băng rộng cho thành phố thông minh" là kết quả của nhiệm vụ khoa học - công nghệ vừa được Sở KH&CN TP.HCM nghiệm thu, về cơ bản có cấu trúc 3 lớp, bao gồm: lớp Core, lớp Aggregation và lớp Access, tất cả được thiết kế với mục tiêu đảm bảo triển khai trên phạm vi địa lý rộng và cấu trúc tổ chức hành chính lớn gồm nhiều quận/huyện/phường/xã, cũng như đáp ứng tốc độ phát triển nhanh các dịch vụ, ứng dụng đô thị thông minh và chính quyền điện tử của một thành phố, đô thị lớn.

Kiến trúc tổng thể mạng băng thông rộng thiết kế đặc thù cho đô thị thông minh

Cụ thể, tại lớp Core, thiết bị Core kết nối đến các thiết bị Aggregation, tích hợp với thiết bị core trong mạng MetroNet hiện tại. Các Trung tâm điều hành đô thị thông minh, Trung tâm Dữ liệu và Điện toán Đám mây, Kho dữ liệu dùng chung của Thành phố cũng sẽ được kết nối trực tiếp  với các thiết bị Core để cung cấp dịch vụ quản lý, vận hành, khai thác mạng, cũng như các dịch vụ phân tích, trích xuất dữ liệu của đô thị thông minh cho toàn bộ các đối tượng được Thành phố phân quyền sử dụng.

Tại lớp Aggregation, các thiết bị Aggregation sẽ đảm nhận kết nối toàn bộ lưu lượng đến từ các thiết bị truy cập thuộc PoP tương ứng. Tiếp đó, các lưu lượng có thể đổ về Trung tâm điều hành vệ tinh, hoặc các hệ thống điện toán đám mây biên được kết nối trực tiếp đến các thiết bị Aggregation để đảm bảo khả năng xử lý dữ liệu phân tán và trả kết quả nhanh chóng, hoặc tùy  thuộc ứng dụng mà lưu lượng sẽ chuyển tiếp qua lớp Core để hướng về các Trung tâm Dữ
liệu và Kho dữ liệu dùng chung của Thành phố để phân tích, tính toán xử lý và trả lại kết quả, hoặc đơn giản chỉ để lưu trữ phục vụ dự báo…

Ở lớp Access, các thiết bị Access sẽ cung cấp các loại cổng giao diện kết nối cho các thiết bị endpoint như thiết bị camera giám sát an ninh, camera trọng điểm giám sát hình ảnh giao thông, các thiết bị thuộc các hệ thống IoT khác được triển khai trong tương lai.

Dựa trên kiến trúc hạ tầng Mạng băng thông rộng cho thành phố thông minh đề xuất, nhóm triển khai nhiệm vụ cũng đã thiết kế mô hình tổng quan của mạng băng rộng phục vụ các ứng dụng IoT. Theo đó, hệ thống mạng băng rộng cho phép các thiết bị kết nối IoT, AIoT kết nối với các hệ thống ứng dụng IoT thông qua các công nghệ truy cập gồm Wired Ethernet, Wi-Fi, Long Range WAN (LoRaWAN), NB-IoT.

Thông qua Mạng băng rộng cho thành phố thông minh, dữ liệu ghi nhận từ các thiết bị IoT, AioT, cũng như các dữ liệu điều khiển từ các hệ thống ứng dụng IoT được liên thông với nhau. Bằng các kết nối thông qua hệ thống mạng băng rộng dùng chung, các hệ thống ứng dụng IoT có thể linh hoạt sử dụng chung tất cả các thiết bị IoT trên địa bàn thành phố.

Giải pháp truy cập, kết nối mạng băng rộng

Dựa trên hạ tầng sẵn có của mạng TSLCD (MetroNet) hiện đã và đang phục vụ hệ thống chính quyền điện tử của TP.HCM, TS. Tân Hạnh và nhóm triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ đề xuất phương án xây dựng mạng băng rộng mới dựa trên nền tảng công nghệ IP/MPLS để đảm bảo tính đồng bộ và dễ dàng hợp nhất với hạ tầng mạng MetroNet hiện hữu của TP.HCM.

"Nói cách khác, mạng băng rộng mới của TP.HCM sẽ đảm bảo sự kế thừa và phát triển từ mạng MetroNet hiện tại của Thành phố. Trong đó, mạng MetroNet vẫn phục vụ riêng cho hệ thống chính quyền điện tử của Thành phố và phần phạm vi mở rộng thêm của mạng sẽ phục vụ các hệ thống IoT và hệ thống ứng dụng của một thành phố thông minh", TS Hạnh khẳng định về tính hiệu quả của kiến trúc - giải pháp đề xuất.

Mô hình tích hợp Mạng băng rộng mới vào mạng MetroNet TP.HCM hiện hữu

Để truy cập cho mạng băng rộng hữu tuyến, nhóm triển khai nhiệm vụ khuyến nghị Thành phố sử dụng hạ tầng truyền dẫn quang (dark fiber) thuê riêng từ các doanh nghiệp viễn thông như VNPT, Viettel, Ftel để đảm bảo tốc độ, sự ổn định trong việc truyền tải dữ liệu ở lớp Core của mạng băng rộng, phục vụ cho các hệ thống của Thành phố thông minh. Việc sử dụng hạ tầng sẵn có cũng đảm bảo tiêu chí triển khai mở rộng mạng của Thành phố theo nhu cầu tại từng giai đoạn, cho phép triển khai nhanh dịch vụ và tiết kiệm chi phí.

Dark fiber - Truyền dẫn quang trắng P2P (Point to Point) là dịch vụ truyền số liệu băng thông lớn (tốc độ siêu cao) truyền dẫn trên sơi quang vật lý riêng biệt kết nối trực tiếp 2 điểm của khách hàng với nhau. Dịch vụ "dark fiber" giải quyết tất cả các nhu cầu và giải pháp của doanh nghiệp cần băng thông lơn lên hàng Gbps để truyền số liệu nội bộ và cần bảo mật tuyệt đối.
Về công nghệ truyền tải trong lớp Core, đội ngũ chuyên gia thuộc Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Cơ sở tại TP.HCM cũng đề xuất sử dụng công nghệ truyền dẫn MPLS trong lớp Core của mạng băng rộng cho Thành phố thông minh, bởi công nghệ MPLS (Multiprotocol Label Switching) là công nghệ truyền dẫn phổ biến nhất mà các doanh nghiệp viễn thông trong nước và trên thế giới đang sử dụng.

"Đồng thời, lớp Core của mạng băng rộng cho thành phố thông minh sử dụng MPLS cũng sẽ đảm bảo sự tương thích khi tích hợp với hệ thống Mạng truyền số liệu chuyên dùng của TP.HCM (được biết đến dưới tên gọi MetroNet) hiện do VNPT quản lý, và cũng được xây dựng dựa trên nền tảng công nghệ MPLS", TS. Tân Hạnh cho biết trước hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ khoa học - công nghệ vừa được Sở KH&CN TP.HCM tổ chức.

Bên cạnh giải pháp truy cập hữu tuyến, nhóm tác giả cho rằng TP.HCM cũng cần triển khai
giải pháp truy cập vô tuyến (wireless) để mở rộng phạm vi phủ sóng và cho phép các thiết bị endpoint hỗ trợ kết nối wireless có thể thực hiện kết nối không dây vào mạng.

Phương án triển khai mạng lưới băng thông rộng

Với một cấu trúc hành chính rộng lớn của TP.HCM, để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả trong việc triển khai thực hiện đề án có quy mô rất lớn và độ phức tạp cao, nhóm thực hiện nhiệm vụ cũng cho rằng Thành phố cần phải xác định cụ thể các nhóm giải pháp triển khai đồng loạt bao gồm các định hướng, kế hoạch, chương trình cụ thể với việc tổ chức thực hiện (đơn vị chủ trì, phối hợp, nguồn ngân sách…). Đồng thời, đầu tư nguồn lực lớn để thực hiện, một số giải pháp sẽ không khả thi nếu triển khai song song cùng lúc. Một số hạng mục như triển khai diện rộng lớp truy cập mạng đến cấp xã/phường/thị trấn sẽ cần phải thực hiện trong thời gian dài với nhiều giai đoạn, cần sự phối hợp và hợp tác giữa nhiều đơn vị, kể cả các doanh nghiệp viễn thông hoạt động trên địa bàn Thành phố.

Dựa trên kiến trúc Mạng băng rộng của thành phố thông minh đã được nghiên cứu xây dựng, phạm vi triển khai và mục tiêu của đề án "Phát triển hạ tầng viễn thông và kế hoạch phát triển hạ tầng số tại TP.HCM, giai đoạn 2020-2030”, nhiệm vụ đề xuất một kế hoạch triển khai sơ bộ cho dự án "Mạng băng rộng của thành phố thông minh” dựa trên những thông tin về cấu trúc tổ chức hành chính của TP.HCM.

Cụ thể, ở cấp Thành phố, cần có 2 trung tâm vùng; cấp quận/huyện/TP Thủ Đức có 22 PoP (mỗi quận/huyện/TP Thủ Đức có một PoP). Ở cấp phường/xã/thị trấn, cần triển khai tổng thể 15.000 cổng kết nối truy cập mạng, từ đó cho phép các thiết bị endpoint của các hệ thống ứng dụng ĐTTM kết nối vào (Camera, IoT Sensor, Outdoor WiFi Access Point, 4G/5G gateway, router, switch….). Đồng thời, Thành phố cần triển khai qua 3 giai đoạn: Giai đoạn 1 - Triển khai 2 trung tâm vùng cấp thành phố, một số quận nội thành cấp quận/huyện/TP Thủ Đức; Giai đoạn 2 - Triển khai cấp quận, huyện còn lại của TP.HCM; Giai đoạn 3 - Triển khai cấp phường, xã, thị trấn.

Mô hình mạng ứng dụng cho hệ thống camera giám sát

Theo thống kê của Sở TT&TT TP.HCM, ở thời điểm năm 2018, toàn TP.HCM có hơn 60.000 camera được lắp đặt tại các quận huyện, phường xã và hơn 2.000 camera được lắp đặt phục vụ công tác giám sát chuyên ngành của Sở GTVT và Công an Thành phố. Tất cả hệ thống camera đều hoạt động cơ bản riêng lẻ, chưa kết nối, tích hợp về dữ liệu, cũng như chưa được triển khai trên một hạ tầng viễn thông dùng riêng, đảm bảo an ninh an toàn thông tin. Hệ thống mạng truyền dẫn cho các camera giám sát chủ yếu được phát triển theo nhu cầu, theo từng dự án, chưa có quy hoạch hay định hướng bài bản và phụ thuộc rất nhiều vào hạ tầng, chất lượng dịch vụ, giá thành thuê hạ tầng của các doanh nghiệp viễn thông.

Mô hình mạng kết nối cho hệ thống camera giám sát của TP.HCM

Vì vậy, nhóm tác giả cho rằng, ngay khi Mạng băng rộng cho thành phố thông minh được triển khai mở rộng đến các PoP theo kiến trúc thiết kế đã được xây dựng, thì chính quyền Thành phố có thể cung cấp các dịch vụ kết nối mạng trên hạ tầng mạng băng rộng như dịch vụ truy cập Ethernet tốc độ cao cho các thiết bị endpoint (thiết bị giám sát giao thông, thiết bị camera an ninh, thiết bị kết nối mạng chuyên dụng khác…). Ngoài ra, có thể triển khai dịch vụ truy cập WiFi công cộng như quảng bá thông tin liên quan đến các dịch vụ của thành phố thông minh. Hay như dịch vụ truy cập cho các thiết bị IoT của các hệ thống dịch vụ IoT của Thành phố thông qua công nghệ truyền dẫn LoRaWAN, Wi-SUN Mesh.

Mô hình tổng quan mức cao của mạng băng rộng phục vụ các ứng dụng IoT

"Do đặc điểm triển khai dịch vụ theo nhu cầu và trên một diện rộng, để tối ưu nguồn lực và triển khai nhanh chóng, vì thế Sở TT&TT TP.HCM cần cân nhắc lựa chọn các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông hoặc doanh nghiệp/công ty hoạt động về lĩnh vực mạng truyền thông có uy tín để triển khai các dịch vụ trên nền hạ tầng mạng băng rộng cho thành phố thông minh", TS Tân Hạnh nhấn mạnh.

TS. Tân Hạnh và đại diện nhóm nghiên cứu báo cáo kết quả triển khai trước Hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ khoa học - công nghệ do Sở KH&CN TP.HCM tổ chức

TS. Tân Hạnh cũng thông tin thêm, tính khả thi của nhiệm vụ khi triển khai vào thực tiễn là rất lớn, bởi tính hết năm 2021, Việt Nam có 70,9 triệu thuê bao băng rộng di động (chiếm 57,23% tổng số thuê bao di động), tăng hơn 4% so với năm 2020; có 18,79 triệu thuê bao Internet băng rộng cố định, tăng 14,59%.

Sự phụ thuộc vào truy cập Internet hiệu suất cao được thể hiện qua kết quả thực tế là 88% người lao động Việt Nam thường xuyên sử dụng băng thông rộng tại nhà từ 4 giờ trở lên mỗi ngày. Trong khi đó, 80% hộ gia đình Việt Nam có từ 3 người trở lên sử dụng Internet cùng một lúc. Bên cạnh đó, với 61% lực lượng lao động của Việt Nam hiện đang dựa vào Internet gia đình để làm việc tại nhà hoặc điều hành công việc kinh doanh riêng, việc truy cập vào Internet an toàn, đáng tin cậy trở nên quan trọng hơn bao giờ hết để đảm bảo các hoạt động đó diễn ra suôn sẻ. Các doanh nghiệp nhỏ và vừa (SME) tiếp tục đóng vai trò quan trọng tại Việt Nam, chiếm hơn 98% tổng số doanh nghiệp, 50% GDP và 70% việc làm. Vì vậy, kết nối băng thông rộng sẽ đóng vai trò chủ chốt trong sự phát triển của loại hình kinh doanh cốt lõi này.

Phân tích về hiệu quả đầu tư, TS. Tân Hạnh cho biết, do tận dụng các hạ tầng mạng sẵn có như mạng TSLCD (MetroNet) của Thành phố, các loại dịch vụ kết nối truyền dẫn của các doanh nghiệp viễn thông triển khai trong Thành phố, nên có thể giảm chi phí đầu tư.

Báo cáo trước hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ, TS. Tân Hạnh khẳng định, đội ngũ kỹ sư - chuyên gia thuộc Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông cũng như các đơn vị phối hợp triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ nói trên đã hoàn toàn làm chủ và đủ năng lực về kỹ thuật, công nghệ hiện đại (truyền dẫn, truy nhập, tích hợp, lưu trữ trên đám mây điện tử và xử lý thông minh (trí tuệ nhân tạo, học máy) để kết nối và hỗ trợ đa dạng các thành phần kết nối mới như IoT/IIoT, đảm bảo được khả năng mở rộng, dự phòng, quản lý, giám sát tất cả mọi thành phần mạng, cũng như có khả năng cảnh báo, dự báo lỗi, đảm bảo chất lượng dịch vụ đối với kiến trúc mạng băng thông cho đô thị thông minh trong tương lai.

Phần mềm EMR xây dựng theo bộ chuẩn dữ liệu đề xuất có khả năng liên thông dữ liệu giữa các hệ thống thông tin y tế và phòng ban khác nhau trong bệnh viện,giữa các bệnh viện với nhau, từ đó tăng cường khả năng khai thác và quản lý thông tin dữ liệu của hồ sơ bệnh án.

Thực tế cho thấy, nhu cầu triển khai bệnh án điện tử (BAĐT) là rất cấp thiết và hoàn toàn phù hợp với chiến lược chuyển đổi số quốc gia nói chung và của ngành y tế nói riêng, cũng như bám sát định hướng xây dựng Chính phủ điện tử, trong đó có lĩnh vực y tế số, y tế điện tử.

Tuy nhiên, việc ứng dụng BAĐT chắc chắn sẽ không thành công triệt để nếu thiếu đi sự tồn tại của một bộ chuẩn dữ liệu chung, để thông qua đó các hồ sơ BAĐT có thể được luân chuyển - trao đổi thuận lợi và chính xác giữa các cơ sở y tế.

Để giải quyết bài toán này, nhóm kỹ sư - chuyên gia tại Trường Đại học Bách Khoa (ĐHQG TP.HCM) đã triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ “Xây dựng, thử nghiệm bộ chuẩn dữ liệu dựa trên các nền tảng tiêu chuẩn quốc tế HL7 FHIR và DICOM ứng dụng cho bệnh án điện tử và cho liên thông dữ liệu giữa các bệnh viện”.

Theo đó, nhiệm vụ xây dựng phần mềm thử nghiệm bệnh án điện tử EMR theo chuẩn HL7 FHIR nhằm phục vụ quá trình phân tích đánh giá khả năng ứng dụng BAĐT và liên thông dữ liệu của bộ chuẩn dữ liệu đề xuất, cũng như phương án hỗ trợ một số bệnh viện tham gia thử nghiệm hiệu chỉnh bộ chuẩn dữ liệu đề xuất.

TS. Nguyễn Chí Ngọc, chủ nhiệm triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ cho biết, ba mục tiêu trọng yếu của nhiệm vụ được nhóm chuyên gia thuộc Trường Đại học Bách Khoa (ĐHQG TP.HCM) hướng đến chính là khai thác ứng dụng bệnh án điện tử, hồ sơ sức khỏe cá nhân…; nghiên cứu đề xuất cấu trúc bộ danh mục, bộ chuẩn dữ liệu dựa trên các nền tảng thế giới; và chuyển từ analog sang digital.

Sơ đồ liên thông dữ liệu giữa các bệnh viện

Theo lời TS. Nguyễn Chí Ngọc, tại Điều 8 mục 3 Thông tư 46/2018 về Bệnh án điện tử quy định “phần mềm hồ sơ bệnh án điện tử phải có khả năng kết xuất bản điện tử theo tập tin định dạng XML”; và tại Điều 14 về Tiêu chuẩn công nghệ thông tin y tế quy định “Hồ sơ bệnh án điện tử phải áp dụng các tiêu chuẩn CNTT như Tiêu chuẩn HL7 (Health Level 7) gồm kiến trúc lâm sàng HL7 CDA và HL7 FHIR, và Tiêu chuẩn hình ảnh số và truyền tải trong y tế (DICOM) phiên bản 2.0 trở lên”.

Được biết, hiện nay tiêu chuẩn HL7 có 4 phiên bản nổi trội, đều được quy định bắt buộc hoặc khuyến nghị sử dụng bởi Bộ Y tế; và FHIR là một khuôn khổ tiêu chuẩn thế hệ tiếp theo kết hợp các tính năng tốt nhất của HL7 v2, HL7 v3, và HL7 CDA nhằm tận dụng các công nghệ dịch vụ web mới nhất. Ngoài ra, phim in X-quang truyền thống hiện vẫn còn được sử dụng rộng rãi trong y tế, và ứng dụng ảnh DICOM thay phim truyền thống đang được nhiều đơn vị y tế chủ động khai thác, hướng đến tính hiện đại trong công tác khám, chữa bệnh.

TS. Nguyễn Chí Ngọc nhấn mạnh, mục tiêu của nhiệm vụ là xây dựng bộ chuẩn dữ liệu chung phục vụ cho hồ sơ BAĐT và liên thông dữ liệu giữa các bệnh viện, đồng thời nghiên cứu triển khai thử nghiệm bộ chuẩn dữ liệu BAĐT tại một số bệnh viện khu vực TP.HCM nhằm tăng tính linh hoạt và nâng cao hiệu quả trong quá trình chẩn đoán và điều trị tại các bệnh viện.

Toàn cảnh buổi nghiệm thu nhiệm vụ

Báo cáo trước hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ do Sở KH&CN TP.HCM tổ chức trong năm 2022, đại diện nhóm nghiên cứu cho biết, sản phẩm của đề tài đã hoàn thành các nội dung đề ra cho hai giai đoạn nghiên cứu - hoàn thiện, cụ thể là: Nghiên cứu bộ tiêu chuẩn HL7 FHIR và DICOM ứng dụng cho BAĐT và cho liên thông dữ liệu giữa các bệnh viện; nghiên cứu chi tiết hiện trạng bệnh án theo quy định của Bộ Y tế và hiện trạng sử dụng bệnh án giấy tại các bệnh viện tham gia nhiệm vụ trong xây dựng bộ chuẩn dữ liệu cho BAĐT và cho liên thông dữ liệu giữa các bệnh viện; nghiên cứu các bộ danh mục y tế phục vụ xây dựng bộ chuẩn dữ liệu cho BAĐT và cho liên thông dữ liệu giữa các bệnh viện; nghiên cứu chuẩn dữ liệu tóm tắt bệnh án và công bố bộ chuẩn dữ liệu cho BAĐT và cho liên thông dữ liệu giữa các bệnh viện; nghiên cứu thử nghiệm bộ chuẩn dữ liệu đề xuất tại các bệnh viện nhằm phục vụ ứng dụng BAĐT và liên thông dữ liệu giữa các bệnh viện cũng như khả năng cung cấp dữ liệu trực tiếp đến Bảo hiểm xã hội Việt Nam.

TS. Nguyễn Chí Ngọc cho biết có 2 bệnh viện (Bệnh viện Thống Nhất và Bệnh viện Nguyễn Tri Phương) đã thực hiện thành công việc ứng dụng bộ chuẩn dữ liệu đề xuất cùng với ứng dụng EMR là sản phẩm của nhiệm vụ. Cùng với đó, trong quá trình phối hợp triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ này, tại Bệnh viện Thống Nhất, nhiệm vụ đã đào tạo, hướng dẫn 15 bác sỹ và điều dưỡng (7 ở khoa Y học cổ truyền và 8 ở khoa Ngoại tiêu hóa). Tại bệnh viện Nguyễn Tri Phương, nhiệm vụ đã đào tạo hướng dẫn 4 nhân viên kỹ thuật phòng Công nghệ thông tin và các bác sỹ, điều dưỡng tại 3 khoa thử nghiệm (Nội Thần kinh, Ngoại Thần kinh, Nội tiêu hóa).

Bệnh án điện tử đi kèm ứng dụng EMR tích hợp bộ chuẩn dữ liệu đề xuất

Sau thời gian thử nghiệm hiệu chỉnh, có 2 bệnh  viện (1 bệnh viện thử nghiệm tại 3 khoa với  các mẫu hồ sơ bệnh  án thực tế, và 1 bệnh viện  thử nghiệm tại 2 khoa với các ca khám chữa bệnh trong thời gian thực) đã thực hiện thành công bộ chuẩn dữ liệu đề xuất trong việc khai thác ứng dụng BAĐT và liên thông dữ liệu.

Kết quả hiệu chỉnh và thử nghiệm cho thấy phần mềm EMR xây dựng theo bộ chuẩn dữ liệu đề xuất có khả năng hiển thị và lưu trữ đầy đủ bộ hồ sơ bệnh án theo quy định của Bộ Y tế, cho phép nhập dữ liệu và in ra các mẫu giấy phiếu này, đồng thời xuất dữ liệu ra định dạng XML theo chuẩn dữ liệu HL7 FHIR.

Ở phạm vi quốc tế, hiện có rất nhiều chuẩn dữ liệu cho việc hình thành và trao đổi dữ liệu BAĐT. Mặc dù các cơ sở khám chữa bệnh có quy mô và chuyên khoa khác nhau, dòng thông tin và yêu cầu về thông tin ở các bệnh viện về cơ bản là giống nhau. Thứ nhất, sự vụ liên quan tới quản lý nhân sự, quản lý tài chính, quản lý cơ sở vật chất, quản lý bệnh nhân tạo thành dòng thông tin quản lý. Thứ hai, hồ sơ bệnh án bao gồm thông tin hành chính, lâm sàng và cận lâm sàng tạo nên dòng thông tin liên quan đến bệnh nhân. Tất cả những thông tin này sẽ được lưu giữ trong hệ thống thông tin bệnh viện (Hospital Information System - HIS). Nếu HIS tuân thủ theo một chuẩn chung, thông tin hai chiều giữa các phòng ban, giữa các khoa trong bệnh viện, và giữa các bệnh viện với nhau có thể được trao đổi. Về mặt cấu trúc, HIS là một tập hợp dữ liệu lớn bao gồm nhiều thành phần dữ liệu khác nhau. Trong đó, phần thông tin quản lý, hành chính và lâm sàng thường ở dạng văn bản, phần thông tin  cận  lâm  sàng  thường  được liên kết  với  hệ  thống  thông  tin  xét  nghiệm (Laboratory Information System - LIS), hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (Radiology Information System - RIS) và hệ thống lưu trữ và truyền nhận hình ảnh (Picture Archiving and Communication System - PACS). Các cơ sở khám chữa bệnh cũng như các cơ sở xét nghiệm, chẩn đoán hình ảnh có thể tách biệt nhau. Hơn nữa, thông tin cận lâm sàng có thể cần chuyển từ cơ sở này sang cơ sở khác tùy vào từng ca bệnh. Do đó, cần một chuẩn liên kết thông tin giữa các thành phần LIS, RIS, PACS với HIS. Tổ chức Health Level 7 (HL7) đã phát triển chuẩn dành riêng cho việc trao đổi thông tin y tế với phiên bản đầu tiên ra mắt vào năm 1987. Đến năm 1994, chuẩn này đã được Viện tiêu chuẩn dữ liệu quốc gia Mỹ (American National Standards Institute - ANSI) chính thức công nhận, và áp dụng trên toàn cầu.

HL7 International chỉ định một số tiêu chuẩn, hướng dẫn và phương pháp linh hoạt mà các hệ thống chăm sóc sức khỏe khác nhau có thể giao tiếp với nhau. Các tiêu chuẩn này tập trung vào các lớp ứng dụng, đó là "lớp 7" trong mô hình OSI, xác định cách thông tin được đóng gói và truyền từ một bên khác, thiết lập ngôn ngữ, cấu trúc và các loại dữ liệu cần thiết để tích hợp liền mạch giữa các hệ thống. Tiêu chuẩn HL7 hỗ trợ thực hành lâm sàng và việc quản lý, phân phối, và đánh giá các dịch vụ y tế, và được công nhận là thông dụng nhất trên thế giới. Mục đích của HL7 là đơn giản hóa việc tương tác và hợp tác hoạt động giữa các ứng dụng chăm sóc sức khỏe. HL7 tập trung chủ yếu vào việc chuẩn hóa các định dạng dữ liệu tổng quát. Hiện nay, HL7 hỗ trợ trao đổi các thông tin sau: nhập viện/ xuất viện và chuyển viện, quản lý tài chính, trao đổi dữ liệu chăm sóc sức khỏe, trao đổi dữ liệu hồ sơ y tế, trao đổi thông tin BAĐT, trao đổi thông tin quản lý bệnh viện.

Trong phạm vi một bệnh viện, thông tin được quản lý bởi một ứng dụng có tên gọi là hệ thống thông tin quản lý bệnh viện HIS. Ứng dụng này có thể giám sát và kiểm soát tất cả các hoạt động xảy ra và do đó HIS sẽ có các giao tiếp (interface) với các hệ thống khác như RIS, phòng tài chính, nhân sự, nhà thuốc, v.v… cũng như hệ thống hồ sơ bệnh án điện tử EMR và hệ thống hồ sơ sức khỏe điện tử (EHR - electronic health record). Bên cạnh đó, hệ thống còn có thể được truy xuất từ Internet thông qua một ứng dụng trên nền tảng web. Nhờ vậy, HL7 cho phép truyền thông tin giữa các ứng dụng khác nhau (được phát triển bởi các công ty phần mềm khác nhau) trong bệnh viện.
Tiêu chuẩn HL7 cũng có thể được sử dụng để trao đổi thông tin liên quan đến bệnh nhân, bác sĩ, nguồn tài nguyên và tài liệu giữa các bệnh viện khác nhau. Ở cấp độ này, HL7 cung cấp các giao thức đồng bộ dữ liệu để trao đổi thông tin ổn định, độc lập giữa các bệnh viện (không phụ thuộc vào hệ điều hành, phần mềm, hệ thống cơ sở dữ liệu, v.v…)

Chia sẻ thêm về tính hiệu quả của nhiệm vụ, TS. Nguyễn Chí Ngọc khẳng định, có thể khẳng định rằng, với số lượng 54 bệnh viện công lập trực thuộc Sở Y tế TP.HCM và hơn 1.000 bệnh viện, cơ sở y tế tại Việt Nam, nhu cầu triển khai bệnh án điện tử là rất lớn.

"Khi triển khai thành công sẽ giảm rất nhiều chi phí và nâng cao hiệu quả quản lý cho bệnh viện. Sản phẩm của nhiệm vụ được công bố công khai nên các bệnh viện, cơ sở y tế tại Việt Nam và các nhà cung cấp phát triển có thể khai thác sử dụng phù hợp với nhu cầu và tính chất đặc thù của đơn vị. Về mặt khoa học công nghệ, việc hình thành một chuẩn dữ liệu chung cho ngành y tế Việt Nam bám sát với yêu cầu thế giới giúp bảo đảm khả năng làm chủ quy trình đồng thời bảo đảm tính độc lập với các phần mềm chưa chuẩn hóa trên thị trường. Do được nghiên cứu và phát triển trong nước, hệ thống chuẩn dữ liệu chung này sẽ bảo đảm thích nghi với các quy định của Bộ Y tế và ngành Bảo hiểm xã hội", TS. Nguyễn Chí Ngọc thông tin thêm, "Mặt khác, do bám sát với tiêu chuẩn dữ liệu thế giới, khả năng tương thích và trao đổi thông tin với các hệ thống nước ngoài được bảo đảm. Nhờ vậy, chi phí phát triển và hiệu chỉnh tiêu chuẩn dữ liệu trong tương lai cũng sẽ giảm đi đáng kể. Ngoài ra, sản phẩm của đề tài có thể được sử dụng trong đào tạo và nghiên cứu thông qua các bộ tài liệu kỹ thuật mô tả các chuẩn quốc tế HL7 và DICOM. Thông qua các hoạt động của nhiệm vụ sẽ thúc đẩy quá trình triển khai hợp tác nghiên cứu và chuyển giao công nghệ kỹ thuật cao trong y tế".

Nhân viên y tế tại Bệnh viện Nguyễn Tri Phương sử dụng ứng dụng EMR với bộ chuẩn dữ liệu đề xuất

Về hướng phát triển mở rộng của nhiệm vụ, TS. Nguyễn Chí Ngọc nhấn mạnh đến tầm quan trọng của việc tiếp tục xây dựng triển khai bộ chuẩn dữ liệu đề tài thành nền tảng cho khoa học y tế; mở rộng đào tạo đại trà ứng dụng HL7 FHIR và SNOMED CT; Xây dựng hệ sinh thái khởi nghiệp ứng dụng HL7 FHIR, SNOMED CT; để từ đó đề xuất với Bộ Y tế cũng như Sở Y tế TP.HCM về việc sử dụng bộ chuẩn dữ liệu bệnh án điện tử trên phạm vi TP.HCM nói riêng và toàn quốc nói chung.

Hay nói cách khác, các giải pháp cấu trúc dữ liệu và bộ công cụ liên quan là sản phẩm của nhiệm vụ khoa học - công nghệ do Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM triển khai thực hiện một lần nữa khẳng định tính tiên phong của việc gắn liền sản phẩm nghiên cứu khoa học vào thực tiễn đời sống xã hội mà các đơn vị trường viện đóng trên địa bàn TP.HCM đang hướng tới, đồng thời cho thấy rằng TP.HCM là địa phương đi đầu trong triển khai, hỗ trợ các giải pháp liên quan đến y tế thông minh, từng bước xây dựng TP.HCM trở thành một đô thị thông minh hiện đại gắn liền với chuyển đổi số trong mọi lĩnh vực của đời sống kinh tế – xã hội, và quản lý nhà nước.

Đại học Y Dược TP.HCM đã xây dựng tiêu chuẩn cơ sở, cũng như hoàn thiện quy trình bào chế, sản xuất quy mô thương mại đối với bài thuốc Sâm Thảo Can khương thang (Cam thảo Can khương gia Nhân sâm) giúp điều trị bệnh nhân Covid-19 thể nhẹ và trung bình.

Là một phần không thể tách rời của hệ thống y tế Việt Nam, y học cổ truyền luôn thể hiện vai trò trong việc phòng và hỗ trợ điều trị viêm đường hô hấp cấp do virus SAR-CoV-2 gây ra. Và theo đó, Bộ Y tế đã ban hành công văn số 1306/BYT-YDCT về việc Hướng dẫn sử dụng thuốc cổ truyền, phương pháp y học cổ truyền trong phòng Covid-19.

Trong giai đoạn dịch Covid-19 bùng phát hồi giữa năm 2020, trên cơ sở công văn 1306/BYT-YDCT của Bộ Y tế, khoa Y học cổ truyền - Bệnh viện Bãi Cháy (TP. Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh) khi đó đã đưa ra một số phương pháp phòng dịch theo y học cổ truyền, giúp người dân bảo vệ sức khỏe, giảm thiểu tối đa nguy cơ nhiễm virus SAR-CoV-2.

Còn tại TP.HCM, Sâm Thảo Can khương thang (phát triển từ bài thuốc cổ phương Cam thảo Can khương thang gia Nhân sâm) được Bệnh viện Đại học Y Dược TP.HCM – Cơ sở 3 bào chế ở quy mô nhỏ, và sau đó cũng đã được Hội đồng đạo đức của Đại học Y Dược TP.HCM chấp thuận sử dụng cho bệnh nhân mắc Covid-19 thể nhẹ, trung bình.

PGS.TS Trịnh Thị Diệu Thường, chủ nhiệm nhiệm vụ khoa học - công nghệ "Đánh giá hiệu quả điều trị của bài thuốc Sâm Thảo Can khương thang trên bệnh nhân mắc Covid-19 thể bệnh nhẹ và trung bình bằng thử dược lý in silico và thử nghiệm lâm sàng" cho biết, theo nguyên lý y học cổ truyền, cùng với các biểu hiện lâm sàng, cận lâm sàng của bệnh, cho thấy vị trí gây bệnh của Covid-19 là ở tạng "Phế, Tỳ" (hô hấp, tiêu hóa), thuộc tính của nguyên nhân gây bệnh là "thấp độc" (các yếu tố dịch bệnh trong môi trường ẩm thấp). Tùy theo chính khí của mỗi người hoặc phối hợp thêm các nguyên nhân như: nhiệt, thấp, đàm... mà thời gian phát bệnh, nhiều thể bệnh và mức độ bệnh lý nặng nhẹ khác nhau trên lâm sàng. Nguyên nhân chủ yếu do cảm thụ các yếu tố “dịch lệ”, thường xuất hiện theo mùa (thời hành dịch độc), vào cuối đông đầu xuân. Ngoài ra, thời tiết bất thường cũng là điều kiện thuận lợi phát sinh bệnh.

Sản phẩm thuốc y học cổ truyền Sâm Thảo Can khương thang

"Những bài thuốc y học cổ truyền có tác dụng kháng virus và tăng cường miễn dịch có nhiều triển vọng để trở thành biện pháp hỗ trợ điều trị Covid-19 nhưng chưa được khám phá và chứng minh tác dụng", PGS.TS Trịnh Thị Diệu Thường nhấn mạnh, "Vì thế, việc nghiên cứu các bài thuốc này về tác dụng dược lý ở mức độ phân tử, đánh giá tính an toàn và tiến hành các thử nghiệm lâm sàng là cấp thiết.".

Về cơ bản, các hoạt chất chính của các vị thuốc Chích cam thảo, Can khương, Nhân sâm của bài thuốc Sâm Thảo Can khương thang qua các nghiên cứu dược lý trước đây gồm: 6-gingerol, 8-gingerol, 6-shogaol, liquiritin, liquiritigenin, isoliquiritin, isoliquiritigenin,  glycyrrhizic acid, saponin  (các ginsenosid), flavonoid,…

Cơ chế tác động khả dĩ của bài thuốc trên bệnh Covid- 19 qua 2 cơ chế chính: (1) hoạt tính dược lý: tăng sức đề kháng, kháng viêm, làm giảm bớt các chemokine và cytokine gây viêm; và (2) khả năng ức chế sự lây nhiễm của SARS-CoV-2 trên một số thụ thể qua nghiên cứu.

PGS.TS Trịnh Thị Diệu Thường cho biết, nhóm thực hiện đã tiến hành nghiên cứu tác dụng dược lý in silico kháng Covid-19 của các hợp chất tự nhiên trong dịch thuốc sắc của bài thuốc Sâm Thảo Can khương thang (Cam thảo Can khương gia Nhân sâm) trên các mục tiêu tác động khác nhau của virus SARS-CoV-2, nghiên cứu độc tính của dịch thuốc sắc bài thuốc Sâm Thảo Can khương thang. Sau đó, thử nghiệm can thiệp lâm sàng ngẫu nhiên nhãn mở, có nhóm chứng dịch thuốc sắc của bài thuốc Sâm Thảo Can khương thang trên người bệnh Covid-19 thể nhẹ và trung bình.

Nhóm triển khai nhiệm vụ phát thuốc Sâm Thảo Can khương thang cho các bệnh nhân Covid-19 tự nguyện tham gia sử dụng thuốc tại BV Đại học Y Dược TP. HCM, BV dã chiến điều trị COVID-19 đa tầng Quận Tân Bình, BV dã chiến thu dung điều trị COVID-19 số 3, BV dã chiến điều trị COVID-19 Thủ Đức 2, Khu cách ly tập trung dã chiến Trường Cao đẳng nghề Thủ Thiêm.

Kết quả cho thấy, bài thuốc Sâm Thảo Can khương thang có công dụng giảm biến chứng, giảm tỷ lệ tử vong và tăng cường hiệu quả điều trị ở bệnh nhân mắc Covid-19. Nhóm thực hiện không ghi nhận bất kỳ biến cố bất lợi xảy ra trên nhóm người bệnh Covid-19 mức độ nhẹ và trung bình có sử dụng bài thuốc Sâm Thảo Can khương thang trong thời gian nghiên cứu. Khi kết hợp bài thuốc với điều trị chuẩn thì có hiệu quả điều trị trên người bệnh Covid-19 thể nhẹ và trung bình cao hơn so với điều trị chuẩn, cụ thể ở các chỉ tiêu: 1) Giảm thời gian tồn tại, giảm độ nặng của đa số từng triệu chứng thường gặp và cải thiện tổng điểm độ nặng; 2) Không có sự khác biệt về tỷ lệ chuyển nặng ở người bệnh Covid-19 thể nhẹ nhưng có tác dụng làm giảm tỉ lệ chuyển nặng ở người bệnh Covid-19 thể trung bình; 3) Rút ngắn thời gian nằm viện thông qua việc rút ngắn thời gian đạt tiêu chuẩn xuất viện; 4) Rút ngắn thời gian cần thiết để giảm tải lượng virus SARS-CoV-2; 5) Không có sự khác biệt về tỷ lệ tử vong (Không ghi nhận bệnh nhân tử vong ở cả 2 nhóm nghiên cứu nhẹ và trung bình); và 6) Giảm tổng lượng paracetamol sử dụng.

"Nhóm sử dụng bài thuốc Sâm Thảo Can khương thang kết hợp với điều trị chuẩn giúp rút ngắn thời gian đạt tiêu chuẩn xuất viện so với nhóm điều trị chuẩn ở cả 2 nhóm nhẹ và trung bình", đại diện nhóm triển khai nhiệm vụ nhấn mạnh, "Ngoài ra, nhóm sử dụng bài thuốc Sâm Thảo Can khương thang kết hợp với điều trị chuẩn giúp rút ngắn thời gian cần thiết để giảm tải lượng virus SARS-CoV-2 (ngày) so với nhóm chứng ở cả hai nhóm nhẹ và trung bình".

Cụ thể hơn, theo báo cáo được nhóm nghiên cứu trình bày trước hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ do Sở KH&CN TP.HCM tổ chức hồi quý 4/2022, kết quả phân tích số liệu cho thấy rằng bài thuốc nghiên cứu  Sâm Thảo Can khương thang có tác dụng làm giảm thời gian tồn tại của đa phần các triệu chứng có ý nghĩa thống kê trên người bệnh Covid-19 thể nhẹ và trung bình, bao gồm: ho, đau họng, sổ mũi, nghẹt mũi, mệt mỏi, đau đầu, đau nhức cơ, sợ lạnh, khạc đàm, giảm khứu giác, giảm vị giác, đau tức ngực, đổ mồ hôi tự phát, mất ngủ.

PGS.TS Trịnh Thị Diệu Thường báo cáo kết quả nhiệm vụ khoa học - công nghệ "Đánh giá hiệu quả điều trị của bài thuốc Sâm Thảo Can khương thang trên bệnh nhân mắc Covid-19 thể bệnh nhẹ và trung bình bằng thử dược lý in silico và thử nghiệm lâm sàng"

Đối với độ nặng của triệu chứng, bài thuốc nghiên cứu Sâm Thảo Can khương thang có tác dụng làm giảm độ nặng của đa số các triệu chứng thường gặp trên người bệnh Covid-19 thể nhẹ và trung bình. Một số triệu chứng chưa phát hiện được có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê có thể do tỷ lệ người bệnh có triệu các triệu chứng này thấp nhưng đều có điểm độ nặng thấp hơn ở nhóm can thiệp, bao gồm: đau đầu, khạc đàm, giảm khứu giác, tiêu chảy, khó thở, hoa mắt, buồn nôn, chán ăn, khô miệng, lo lắng, thở khò khè, đàm có máu. Xét trên tổng thể toàn bộ triệu chứng mà người bệnh trải qua, bài thuốc Sâm Thảo Can khương thang có tác dụng cải thiện tốt tổng độ nặng các triệu chứng.

Ngoài ra, từ quy trình bào chế đã được xác lập và tối ưu hóa ở quy mô phòng thí nghiệm (10 gói/mẻ), PGS.TS Trịnh Thị Diệu Thường cùng nhóm cộng sự tại Đại học Y Dược TP.HCM cũng đã xây dựng và tiến hành tối ưu hóa quy trình bào chế quy mô thương mại 330 gói (chứa 90 ml dịch thuốc sắc của bài thuốc Sâm Thảo Can khương thang) mỗi lô với chất lượng ổn định, đạt tiêu chuẩn cơ sở cho chế phẩm vốn dĩ cũng đã được nhóm nghiên cứu hoàn thiện trước đó trong quá trình triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ nói trên.

Quy trình sản xuất quy mô lớn (330 gói/lô, mỗi gói chứa 90ml dịch chiết)

Trước đó, nhóm nghiên cứu đã xây dựng và thẩm định đạt yêu cầu Tiêu chuẩn cơ sở cho chế phẩm Sâm Thảo Can khương thang với 7 chỉ tiêu: tính chất, chênh lệch thể tích đóng gói, tỷ trọng ở 20 độ C, cắn sau khi bay hơi, định tính, định lượng và giới hạn nhiễm khuẩn.

"Quy trình định lượng saponin toàn phần và acid glycyrrhizic đạt các chỉ tiêu tính phù hợp hệ thống, độ đặc hiệu, khoảng tuyến tính, độ chính xác, độ đúng và khoảng xác định. Có thể ứng dụng các quy trình để xác định hàm lượng saponin toàn phần và acid glycyrrhizic trong chế phẩm Sâm Thảo Can khương thang", PGS.TS Trịnh Thị Diệu Thường khẳng định.

Tựu trung, với bài thuốc cổ phương Sâm Thảo Can khương thang, ngành y tế Việt Nam đã có thêm một phương thức mới trong việc chăm sóc, điều trị cho bệnh nhân mắc Covid-19 ở thể nhẹ và trung bình, đặc biệt thích hợp cho nhóm bệnh nhân đang không thể sử dụng các phác đồ kết hợp thuốc tây y. Chưa dừng lại ở đó, với quy trình sản xuất bài thuốc đã được chuẩn hóa và kiểm tra nghiêm ngặt về chất lượng thành phẩm đầu ra, có thể khẳng định rằng, đội ngũ y bác sĩ, chuyên gia tại Đại học Y Dược TP.HCM đã cho thấy vai trò quan trọng của nghiên cứu khoa học trong việc khai thác tối đa nguồn dược liệu y học cổ truyền, để từ đó tạo ra những sản phẩm an toàn, hiệu quả hướng đến sự chăm sóc sức khỏe ngày càng tốt hơn cho người dân trên địa bàn TP.HCM nói riêng và cả nước nói chung.

Từ phụ phẩm của quả bưởi và sử dụng công nghệ Electrospinning, nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam đã chế tạo tạo màng Nanocellulose-Narringin, ứng dụng làm mặt nạ dưỡng da dạng khô, với nhiều ưu điểm vượt trội.

Bưởi là một loại cây trồng quen thuộc ở Việt Nam. Ở bưởi, thịt quả là phần được dùng chủ yếu, còn phần vỏ quả lại chiếm một tỷ lệ lớn nhưng thường bị bỏ đi. Trong khi đó, vỏ bưởi có hai hoạt chất quan trọng có thể sử dụng là Naringin và Cellulose. Hoạt chất Naringin là một họ flavonoid glycoside, làm cho nước bưởi có vị đắng. Trong cơ thể người, Naringin được chuyển hóa thành naringenin, một dạng flavanone. Cellulose là tiền chất để chuyển hóa thành nanocelulose, tiềm năng ứng dụng của Nanocellulose là rất lớn. Do những đặc tính độc đáo và nguồn nguyên liệu không giới hạn, chúng có ứng dụng rộng rãi trong các ngành chăm sóc sức khỏe, chăm sóc cá nhân, da liễu, tai mũi họng, thực phẩm ăn kiêng, công nghệ sinh học và nhiều ứng dụng khác.

Hiện nay, Naringin đã được sản xuất và thương mại hóa dưới dạng tinh chất để sử dụng trong dược phẩm cũng như thực phẩm với giá thành cao. Trong khi đó, trữ lượng vỏ bưởi ở nước ta rất lớn, nếu khai thác tốt nguồn nguyên liệu này, sẽ giải quyết được nhu cầu và giảm giá thành thuốc có chứa hoạt chất Naringin.

Mặt nạ dưỡng da với màng Nanocellulose-Naringin từ vỏ bưởi

Xu hướng trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, hiện đang dần chuyển hướng qua sử dụng các chất có nguồn gốc từ thiên nhiên, để thay thế cho các nguyên liệu tổng hợp được dùng trong các ngành chăm sóc sức khỏe và làm đẹp. Tuy nhiên, các tinh chất được chiết xuất thường dễ bị biến tính vì các tinh chất này kém bền do nhiệt độ, pH và quy trình sản xuất như khuấy trộn, gia nhiệt tác động, làm cho chúng bị biến tính, hoặc giảm hoạt tính so với ban đầu. Do đó, TS. Mai Thành Chí và cộng sự tại Viện Công nghệ Hóa học đã chế tạo thiết bị và làm chủ được công nghệ Electrospinning, nhằm khắc phục tình trạng này, thông qua việc thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ “Nâng cấp và hoàn thiện công nghệ Electrospinning tạo màng Nanocellulose-Naringin từ vỏ bưởi ứng dụng làm mặt nạ dưỡng da”.

Theo TS. Mai Thành Chí, có một số phương pháp đã được nghiên cứu để giúp các hoạt chất bền hơn trong quá trình sản xuất cũng như sử dụng, trong đó có kỹ thuật bọc hoạt chất bằng thiết bị điện cực quay để tạo tấm màng. Phương pháp Electrospinning có nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác, có khả năng kết hợp đồng thời với nhiều loại polymer khác để tạo ra nhiều vật liệu. Hình thái sợi có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi các thông số, bao gồm nồng độ, khối lượng phân tử của polymer, dung môi, điện trường và khoảng cách điện cực. Đường kính của sợi có thể điều chỉnh bằng tỷ lệ giữa chất mang và hoạt chất, điện trường và tốc độ nạp trong Electrospinning.

“Electrospinning đã xác định là một trong những kỹ thuật hiệu quả nhất được
sử dụng để tổng hợp vật liệu nano, vì vậy chúng tôi áp dụng để tạo màng Nanocellulose-Naringin từ vỏ bưởi ứng dụng làm mặt nạ dưỡng da. Thiết bị Electrospinning không những có chi phí rẻ hơn so với các thiết bị nhập khẩu cùng công suất, mà do làm chủ được công nghệ nên chúng tôi có thể thay đổi các cơ cấu phù hợp với từng loại nguyên liệu khác nhau”, TS. Mai Thành Chí khẳng định.

Các mẫu Naringin sau quá trình tinh sạch

Để thực hiện mục tiêu đã đặt ra, bưởi da xanh Bến Tre được nhóm tác giả thu mua, rửa sạch, sau đó bóc tách phần vỏ xanh bên ngoài, lấy phần cùi trắng của vỏ bưởi (do Naringin trong phần cùi trắng chiếm hơn 70% so với với trong các thành phần khác). Sau đó, cùi trắng tiếp tục được thái lát thành những lát mỏng 1mm, làm khô, rồi xay để điều chế Nanocellulose và Naringi. Hai hợp chất này phối trộn với nhau, để tạo màng vật liệu Nanocellulose-Naringin bằng công nghệ  Electrospinning .

Vật liệu Cellulose (trái) và Nanocellulose

Đồng thời, nhóm thực hiện nhiệm vụ cũng tiến hành nghiên cứu chế tạo thiết bị Electrospinning dạng pilot năng suất 1-5 m2/giờ để tạo màng Nanocellulose. Thiết bị có tên HTC – NE, đa vòi phun quy mô bán công nghiệp, năng lực sản xuất màng sợi 0,01-5 g/m2. Thiết bị gồm các bộ phận như khung máy, nạp liệu, đèn LED chiếu sáng, quạt thông gió, kiểm soát buồng khí, vòi phun, bộ thu nhận dạng cuộn, bảng điều khiển, hệ thống an toàn,…Thiết bị này có chi phí rẻ hơn so với các thiết bị nhập khẩu cùng công suất. Ngoài ra, có thể thay đổi các cơ cấu phù hợp với từng loại nguyên liệu khác nhau.

 Hệ thống cuộn và bảng điều khiển của thiết bị HTC - NE

Để sản xuất mặt nạ dưỡng da, hỗn dịch Nanocellulose - Naringin sau khi được điều chế, phối trộn với một số nguyên liệu khác (Glycerin, OM-Cinnamate, Oxybenzone, Cyclo-Dimethicone, GelMaker EMU, Titan Dioxit, Grapefruit Essential Oil, nước), và vải chuyên dụng cho sản xuất mặt nạ,  rồi chạy trên thiết bị Electrospinning HTC - NE. Mặt nạ dưỡng da đạt tiêu chuẩn cơ sở TCCS 04:2022/VCNHH theo thông tư 06/2011/TT-BYT; và đồng thời được đánh giá bởi trung tâm kiểm nghiệm Dược phẩm-Mỹ phẩm TP.HCM.

Qua quá trình thực hiện, nhóm tác giả đã hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất vật liệu Nanocellulose và vật liệu Naringin từ vỏ bưởi kết hợp công nghệ CO2 siêu tới hạn, với các thông số kỹ thuật chính là áp suất ở mức 110 bar, nhiệt độ ở mức 50 độ C. Các thông số này đã được hội đồng chuyên gia của Viện Công nghệ hóa học (Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam) thông qua.

Bên cạnh đó, quy trình công nghệ sản xuất vật liệu Nanocellulose – Naringin từ vỏ bưởi bằng thiết bị Electrospinning, với các thông số kỹ thuật chính: Điện áp: 0-40 kV, khoảng cách từ đầu phun tới bản thu: 10-300 mm, tốc độ bơm dịch: 0,5-28 ml/giờ, cùng được hoàn thiện. Đặc biệt là quy trình sản xuất mặt nạ dưỡng da từ vật liệu Nanocellulose-Naringin đủ điều kiện sản xuất mỹ phẩm.

Sản phẩm Nanocellulose-Naringin cuộn màng(trái) và lớp màng

Theo đại diện nhóm thực hiện nhiệm vụ, sản phẩm mặt nạ dưỡng da là mặt nạ dạng khô đầu tiên được nghiên cứu và sản xuất tại Việt Nam, ứng dụng các công nghệ tiên tiến như CO2 siêu tới hạn, Nano, Nano - Electrospinning giúp tăng độ thẩm thấu nhanh, hoàn toàn không sử dụng chất bảo quản, mang lại cảm giác dễ chịu cho da, với hoạt chất chống tia UV tự nhiên là Naringin và rất tiện lợi trong quá trình sử dụng.

Không những thế, màng Nanocellulose chứa Naringin trực tiếp từ vỏ bưởi không qua quá trình chiết tách tinh dầu, giảm bớt công đoạn trong quá trình sản xuất. Naringin còn được bảo quản bằng phương pháp bọc, giúp đảm bảo các hoạt tính không bị biến tính, độ ổn định cao, khi được sử dụng trong các sản phẩm mỹ phẩm, dược phẩm và làm tăng công dụng, thời gian bảo quản của sản phẩm. Đối với thiết bị Electrospinning dạng pilot bọc các hoạt chất ở dạng
màng và dạng bột, về cơ bản đã giúp tăng khả năng phối liệu hoạt chất vào trong các sản phẩm.

Thông qua giải pháp EyeDr, các bệnh viện trong và ngoài công lập, bệnh viện tuyến quận huyện, trung tâm y tế phường xã chỉ cần trang bị thiết bị chụp được ảnh gai thị, là hoàn toàn có thể tầm soát sớm bệnh lý đáy mắt cho bệnh nhân mà không cần sự hiện diện trực tiếp của bác sỹ - chuyên gia glôcôm.

Glôcôm là bệnh lý thần kinh thị giác đặc trưng bởi hình thái tổn thương đặc hiệu tiến triển của lớp sợi thần kinh và đĩa thị, với tình trạng nhãn áp tăng cao làm mất dần sợi thần kinh võng mạc dẫn đến mù lòa không hồi phục.

Glôcôm là nguyên nhân chiếm tỷ lệ hơn thứ hai, chỉ xếp sau đục thủy tinh thể, dẫn đến chứng mất thị lực hoàn toàn. Tại Việt Nam, theo số liệu thống kê của Viện Mắt Trung ương, cả nước có hơn 380.000 người bị mù hai mắt, trong đó có hơn 24.000 người bị mù lòa do glôcôm (chiếm 65% và đứng thứ hai sau bệnh lý đục thể thủy tinh 66,1%), vì vậy bệnh glôcôm là mối đe dọa nguy hiểm đối với sức khỏe cộng đồng.

TS.BS Phạm Thị Thủy Tiên giới thiệu những tính năng chính của giải pháp EyeDr

Biểu hiện bệnh glôcôm thường không rõ ràng. Các triệu chứng xuất hiện rất kín đáo, trừ khi đã có tổn thương nặng trên thị trường. Đa số bệnh nhân chỉ có cảm giác hơi căng tức mắt hoặc nhìn mờ nhẹ thoáng qua khi làm việc bằng mắt nhiều, khi căng thẳng thần kinh, lo lắng nhiều. Nhiều bệnh nhân không có dấu hiệu cơ năng nào, chỉ được phát hiện một cách tình cờ.

"Đa số bệnh nhân glôcôm không nhận biết bản thân mắc bệnh cho đến khi mắt ở tình trạng nặng ảnh hưởng đến thị lực trung tâm. Tầm soát và phát hiện sớm bệnh glôcôm kèm với kế hoạch điều trị thích hợp sẽ giúp bệnh nhân ngăn ngừa mất thị lực", TS.BS Phạm Thị Thủy Tiên (Bệnh viện Mắt TP.HCM) cho biết, "Hiện tại tỷ lệ phát hiện glôcôm của nước ta còn thấp do chưa có phương pháp khám tầm soát phù hợp kịp thời.".

Cũng theo lời TS.BS Phạm Thị Thủy Tiên, năm 2005 Fingeret và cộng sự đã đưa ra cách khám đĩa thị và lớp sợi thần kinh một cách hệ thống giúp phát hiện bệnh glôcôm. Đó là quy luật 5R, tương ứng 5 bước khám đĩa thị bao gồm:

• Đánh giá kích thước đĩa thị (scleral Ring)
• Hình dạng và kích thước vùng rìa (neuroretinal Rim)
• Lớp sợi thần kinh (Retinal nerve fiber layer)
• Xuất hiện vùng teo quanh gai (Region parapapillary atrophy)
• Xuất huyết cạnh gai (retinal or optic disc hemoRrhages)

"Hiện nay, quy luật 5R trở thành phương pháp kinh điển khám đĩa thị cho các bác sỹ nhãn khoa. Dựa trên phương pháp này, các bác sỹ nhãn khoa có thể phát hiện sớm những trường hợp mắc bệnh glôcôm ở giai đoạn chưa tổn thương chức năng thị trường", TS.BS Phạm Thị Thủy Tiên thông tin thêm.

Gắn y tế thông minh với chuyển đổi số

Báo cáo trước hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ khoa học - công nghệ "Tầm soát bệnh glôcôm bằng chụp ảnh màu gai thị với ứng dụng phần mềm trí tuệ nhân tạo EyeDr" vừa được Sở KH&CN TP.HCM trong quý 3/2022, TS.BS Phạm Thị Thủy Tiên cho biết điều trị sớm có thể làm chậm sự tiến triển của bệnh glôcôm, và thực tế ngành y thế giới cũng đã cho thấy trí tuệ nhân tạo (AI) có thể giúp xác định các trường hợp ranh giới (borderline) và dự đoán diễn biến của bệnh glôcôm.

Giao diện giải pháp EyeDr (phiên bản web) được hoàn thiện và vận hành thực tế tại Bệnh viện Mắt (TP.HCM)

Cụ thể, nhiều nghiên cứu đã áp dụng công nghệ học máy (machine learning) để xác định bệnh. Theo đó, một giải pháp phần mềm - phần cứng trên nền tảng AI được thiết kế cho bệnh glôcôm có thể đánh giá tất cả những thông số cần thiết như thay đổi đĩa thị, nhãn áp (IOP), soi góc tiền phòng, độ dày lớp sợi thần kinh, thị trường,...

"Tuy nhiên, một AI toàn diện như vậy vẫn chưa có, thay vào đó ứng dụng AI trong đo nhãn áp hiện nay là thiết bị Sensimed Triggerfish chỉ dừng lại ở việc theo dõi IOP liên tục dựa trên kính áp tròng, đo sự thay đổi độ căng của giác mạc do dao động IOP gây ra", đại diện nhóm nghiên cứu đặt vấn đề cho nhiệm vụ.

Trong khi đó, tại TP.HCM, cụ thể là tại Bệnh viện Mắt, trước đây đơn vị này từng tổ chức tầm soát bệnh glôcôm cho các đối tượng trên 40 tuổi vào Tuần lễ Glôcôm Thế giới. Tuy nhiên, để tầm soát cho khoảng 300 người (bao gồm đo thị lực, nhãn áp, khám đĩa thị), bệnh viện phải huy động 10 bác sỹ chuyên khoa glôcôm, 20 điều dưỡng mắt, tiến hành khám sàng lọc trong 1 buổi (4 giờ). Như vậy, bác sỹ phải mất 40 giờ chỉ để khám cho 300 người, trung bình 8 phút/người. Bên cạnh đó, những vấn đề về công tác tổ chức (tiếp đón, nhận bệnh, lưu trữ, công tác hậu cần, an ninh trật tự cũng phải cần đến 30 người hỗ trợ cho ngày tầm soát này. Vì thế, vấn đề đặt ra đầu tiên là làm thế nào để có thể tầm soát cho nhiều người bệnh mà không cần phải tốn nhân lực.

Tiếp đến, khi khám đĩa thị, bác sỹ glôcôm sẽ dựa vào những đặc điểm tổn thương chuyên biệt để xác định đĩa thị này có bị glôcôm chưa, nhưng điều này còn tuỳ thuộc đến kinh nghiệm của bác sỹ và sự hợp tác của người bệnh trong lúc khám. Câu hỏi tiếp theo được đặt ra là bằng cách nào chuẩn hoá việc tầm soát này.

"Câu trả lời là có, bằng cách chụp hình đáy mắt kỹ thuật số hiện nay được coi như là phương tiện tầm soát bệnh glôcôm thuận tiện và không tốn kém", TS.BS Phạm Thị Thủy Tiên nhận định, "Tuy nhiên, quá trình đọc kết quả thủ công đòi hỏi lao động trí óc của các chuyên gia và mất nhiều thời gian. Thêm vào đó, chẩn đoán glôcôm bằng hình ảnh đĩa thị mang tính chủ quan và liên quan đến kinh nghiệm và kỹ năng người đọc".

Trong lịch sử ngành y thế giới, nhiều nghiên cứu về trí tuệ nhân tạo cũng đã cho thấy hệ thống học sâu (Deep learning system - DLS) được xem như là phương tiện có độ nhạy và độ chuyên biệt cao (trên 90%) để phát hiện bệnh lý thần kinh thị do glôcôm từ những hình ảnh đáy mắt chất lượng cao.

Từ thực tế đó, TS.BS Phạm Thị Thủy Tiên và các cộng sự tại Bệnh viện Mắt TP.HCM đã triển khai nhiệm vụ "Tầm soát bệnh glôcôm bằng chụp ảnh màu gai thị với ứng dụng phần mềm trí tuệ nhân tạo EyeDr" với mục tiêu ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo vào việc chẩn đoán hình ảnh, nhất là trong nhãn khoa thông qua việc phát triển một thuật toán trí tuệ nhân tạo có khả năng phát hiện glôcôm bằng hình ảnh đĩa thị tốt như một chuyên gia glôcôm.

"Từ kho dữ liệu hình ảnh chụp đáy mắt của bệnh nhân tại khoa Chẩn đoán hình, chúng tôi tiến hành chọn lọc, phân loại và ứng dụng công nghệ mạng nơ-ron tích chập CNN (Convoluted Neural Networks) của Deep Learning nhằm phát triển hệ thống trí tuệ nhân tạo có thể chẩn đoán glôcôm bằng hình ảnh đĩa thị tự động và có khả năng tầm soát rộng trong cộng đồng", đại diện nhóm triển khai nhiệm vụ cho biết.

Khi chuyên gia "máy"… chẩn đoán từ xa

Chia sẻ thêm về hướng tiếp cận và triển khai nghiên cứu, TS.BS Phạm Thị Thủy Tiên cho biết: mục tiêu của nhiệm vụ là xây dựng một thuật toán trí tuệ nhân tạo, gọi tên là EyeDr, có khả năng phát hiện bệnh glôcôm trong cộng đồng ở người trưởng thành bằng cách sử dụng hình ảnh gai thị có sẵn trong kho dữ liệu và nguồn bệnh nhân sẵn có.

Khi đó, chỉ cần trang bị máy chụp hình đáy mắt chụp được ảnh gai thị, các bệnh viện trong và ngoài công lập, bệnh viện tuyến quận huyện, trung tâm y tế phường xã khi có nhu cầu khám và tầm soát sớm bệnh lý đáy mắt cho bệnh nhân bằng hình ảnh gai thị đều dễ dàng sử dụng phần mềm mà không cần chuyên gia glôcôm hoặc đáy mắt.

Giao diện giải pháp EyeDr (bản ứng dụng chạy độc lập) hoàn thiện

Được biết, đầu vào ban đầu của giải pháp, được xác định là ảnh chụp màu đĩa thị thu thập từ máy chụp hình màu đáy mắt Visucam 524 của hãng Visucam, máy Carl Zeiss Meditec và TRC 50 DX của hãng Topcon. Các hình ảnh chụp màu đĩa thị này có độ phân giải 2.448 x 2.448 pixel và 3.608 x 3.608 pixel với góc chụp là 30 độ. Cả hai mắt của một bệnh nhân đều được chọn nếu hình ảnh đạt chất lượng cũng như vị trí đĩa thị đúng trung tâm. Bộ dữ liệu gồm các ảnh chụp võng mạc có đầy đủ đĩa thị của mắt phải, và mắt trái.

Ảnh đĩa thị trích xuất từ máy chụp ảnh đáy mắt và từ kho đĩa lưu trữ của Bệnh viện Mắt TP.HCM sau đó được chia ngẫu nhiên thành 2 tập ảnh: bộ ảnh cho máy học (Training dataset) và bộ ảnh đánh giá (Validation dataset) theo tỷ lệ 8:2.

Bộ ảnh cho máy học (training dataset) sau khi loại 14 ảnh không đạt chất lượng, chọn được ngẫu nhiên gồm 2456 ảnh; trong đó 1.966 là bộ ảnh huấn luyện và 490 cho bộ ảnh đánh giá. Tất cả hình này được đọc bởi những chuyên gia glôcôm. Những hình ảnh có kèm theo bệnh lý đĩa thị bẩm sinh hoặc bệnh lý võng mạc đều bị loại.

Sau khi đã xác định vùng đĩa thị Optic Disc, vùng lõm đĩa Optic Cup, thì xác định giá trị VCDR (Vertical cup to disc ratio) là tỷ lệ  đường  kính  theo  chiều  dọc  giữa Optic  disc và Optic cup. Theo quy định của nhóm nghiên cứu, 1>VCDR>0,7 thì xác định là bị glôcôm.

Tiếp đến, xác định vị trí các vùng ISNT trên ảnh chụp màu đĩa thị. Đĩa thị  chia  thành  4  sector gồm vùng Inferior (I), Superior (S), Nasal (N), và Temporal (T) phân bố trên hình ảnh chụp màu đĩa thị tương ứng. Trên cơ sở đó, tùy vào tỷ lệ kích thước của các vùng I, S, N, T mà tỷ lệ này tuân hay bất tuân theo quy luật ISNT của 5R. Nếu vùng đĩa thị của ảnh tuân thủ I > S > N > T thì phân loại là không có bệnh, và ngược lại.

Trong quá trình phân loại ảnh, nhóm nghiên cứu nhận thấy không phải tất cả ảnh đều có thể phát hiện dễ dàng mất lớp sợi thần kinh khu trú hoặc vùng teo vùng quanh gai do bệnh nhân vẩn đục môi trường trong suốt như có sẹo giác mạc, đục thể thủy tinh nhẹ, vẩn đục dịch kính,... làm ảnh hưởng đến chất lượng ảnh. Thêm vào đó, những ảnh chụp quá sáng hoặc quá tối làm cho phát hiện những đặc điểm trên không thể nhận biết bằng mắt thường. Vì thế, nhóm nghiên cứu quyết định  không sử dụng những  tiêu chuẩn này để chẩn đoán glôcôm. Ngoài ra, số lượng ảnh có dấu hiệu khuyết rìa và xuất huyết cạnh gai rất ít nên nhóm nghiên cứu cũng không sử dụng đặc điểm này để cho máy học.

"Cuối cùng chỉ còn 2 đặc điểm là tỷ lệ VCDR và tuân/bất tuân quy luật ISNT được sử dụng để phát hiện bệnh glôcôm", đại diện nhóm triển khai nhiệm vụ - khoa học công nghệ nhấn mạnh.

Ngoài ra, trong quá trình thực nghiệm, nhóm triển khai nhiệm vụ cũng đã tải về, và sử dụng tập dữ liệu về hình ảnh chụp màu gai thị được công bố công khai của Bệnh viện Đại học Kuopio (Phần Lan).

EyeDr cho phép thống kê kết quả tầm soát, cũng như xác nhận sự chuẩn xác của chẩn đoán sau khi bác sỹ - chuyên gia bệnh lý trực tiếp tham khảo hình ảnh

Từ bộ dữ liệu học máy ban đầu này, "lõi trí tuệ nhân tạo" của ứng dụng EyeDr đã được tạo lập, và để đánh giá kết quả phân loại bệnh lý glôcôm (Glaucoma) trên ảnh màu đĩa thị, nhóm nghiên cứu sử dụng tập dữ liệu kiểm chứng (Test dataset) bao gồm 1028 ảnh của 594 bệnh nhân; trong đó 165 bệnh nhân chụp 1 mắt và 429 bệnh nhân chụp 2 mắt. Kết quả lâm sàng cho thấy, thời gian trung bình để đọc và phân loại ảnh màu đĩa thị xác định bệnh lý glôcôm đối với hệ thống máy học chỉ từ 8-12 giây, nhanh hơn rất nhiều so với mức 45 giây khi bác sỹ nhãn khoa chuyên về glôcôm thăm khám, hay 6-8 phút đối với bác sỹ nhãn khoa thông thường.

Qua thử nghiệm lâm sàng, độ nhạy và độ chuyên biệt của phần mềm EyeDr được xác định lần lượt ở mức 90,3% và 95,1%.

Ứng dụng tập trung, liên thông điện toán đám mây

Là một phần quan trọng của nhiệm vụ, giải pháp EyeDr đã được hoàn thiện dưới dạng một hệ thống "hội tụ tập trung" với gồm 2 thành phần chính. Cụ thể, thành phần thứ nhất mang tên  EyeDr, về cơ bản là hệ thống máy chủ với các chức năng như Lưu trữ dữ liệu hình ảnh gai thị và các bộ dữ liệu huấn luyện; Huấn luyện dữ liệu; Tái huấn luyện dữ liệu; Nhận diện đặc trưng, phân loại bệnh lý glôcôm khi có yêu cầu từ phía người sử dụng.

Trong khi đó, thành phần thứ hai mang tên EyeDr Software Client là phần mềm ứng dụng cài đặt tại máy tính để bàn của bác sỹ tham gia khám tầm soát cho bệnh nhân. Khi bác sỹ sử dụng phần mềm EyeDr Software Client thực hiện tải lên (upload) một hình ảnh gai thị, phần mềm sẽ chuyển hình ảnh này đến EyeDr Server, sau đó máy chủ EyeDr Server sẽ thực hiện việc tiếp nhận, lưu trữ dữ liệu hình ảnh gai thị đồng thời xử lý và trả kết quả chẩn đoán phân loại bệnh glôcôm về cho phía phần mềm tại máy bác sỹ.

Kiến trúc của giải pháp EyeDr

Đáng chú ý, hình ảnh dữ liệu mới vừa được lưu trữ tại EyeDr System cũng sẽ được đưa vào tập dữ liệu mới chờ tiến trình tái huấn luyện mô hình học máy của máy chủ.

Cũng theo lời nhóm triển khai nhiệm vụ, trong thời gian tới, phần mềm trí tuệ nhân tạo EyeDr cần được tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng trong lâm sàng nhằm có cỡ mẫu lớn để độ nhậy và độ chuyên biệt ngày càng đáng tin cậy; đồng thời mở rộng thuật toán phần mềm để tầm soát những bệnh lý khác của đáy mắt như bệnh lý võng mạc đái tháo đường, bệnh lý hoàng điểm tuổi già.

Có thể khẳng định rằng, nhiệm vụ do Bệnh viện Mắt TP.HCM triển khai đã đóng góp vào sự phát triển của y học Việt Nam nói chung và ngành nhãn khoa nói riêng phục vụ nhu cầu tầm soát sớm bệnh lý đáy mắt, giúp bác sỹ thuận tiện lơn trong công tác thăm khám, điều trị sớm cho bệnh nhân trong và ngoài nước.

Ưu điểm công nghệ mới là xây dựng công trình với tốc độ nhanh chóng, tự do thiết kế hình học theo hình dạng phức tạp, không dùng ván khuôn, sử dụng ít nhân công lao động.

In bê tông 3D trong xây dựng là quá trình tạo hình các đối tượng (vật thể công trình) ba chiều bằng cách đắp chồng các lớp vật liệu bê tông lên nhau và được định dạng dưới sự kiểm soát của máy tính để tạo ra vật thể đã được vẽ sẵn trên phần mềm CAD (Computer-Aided Design). Quá trình tạo hình vật thể bằng công nghệ in 3D có nét độc đáo là có thể tạo ra vật thể với bất kỳ hình dáng nào, và quá trình tạo hình được thực hiện nhanh mà không cần khuôn.

Trở ngại lớn nhất đối với công nghệ in bê tông 3D là cần phát triển các vật liệu mới sử dụng cho in 3D. Vì vậy, nhóm các nhà khoa học ở Đại học Bách Khoa (ĐHQG TP.HCM) đã thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ “Nghiên cứu công nghệ bê tông in 3D dùng cho công trình xây dựng” nhằm triển khai ứng dụng loại vật liệu bê tông in 3D mới trong thi công công trình nhà ở.

Một công trình nhà ở tại TP Thủ Đức được thi công bằng công nghệ in bê tông 3D

PGS.TS Trần Văn Miền (chủ nhiệm nhiệm vụ) cho biết, nhóm thực hiện mong muốn tạo ra vật liệu bê tông in 3D tạo hình hướng đến ứng dụng cho xây dựng ở 2 mảng gồm: in 3D tường công trình xây dựng dân dụng và in 3D tạo hình mặt dựng trang trí công trình (Facade). Vì vậy, nhóm tập trung chế tạo hỗn hợp bê tông in 3D sử dụng hệ nguyên liệu bao gồm xi măng PC50, tro bay loại F, silicafume (SF), sợi Polypropylene (PP), cát, nước, phụ gia điều chỉnh độ nhớt (VMA) và phụ gia siêu dẻo.

“Khối bê tông in 3D có mặt thoáng tiếp xúc với môi trường lớn cho nên quá trình co ngót sẽ diễn ra nhanh hơn so với các kết cấu bê tông tạo hình trong khuôn truyền thống. Kết cấu bê tông in 3D chịu tác động bất lợi khi toàn bộ mặt hở của kết cấu tiếp xúc với môi trường, từ đó làm gia tăng tốc độ co ngót, đặc biệt là co ngót dẻo tại thời điểm sớm sau khi in 3D, tốc độ co ngót nhanh có thể dẫn đến hình thành nứt và phá hoại kết cấu in 3D. Vì vậy, nguyên vật liệu cùng với tỉ lệ thành phần nguyên vật liệu lựa chọn sử dụng để chế tạo bê tông in 3D vừa phải đảm bảo khả năng in 3D được, đồng thời bê tông cũng phải có tốc độ co ngót thấp và có thời gian ninh kết (thời gian mà bê tông sau khu trộn đông đặc lại hoàn toàn, đủ khả năng kết dính vững chắc) không quá 12 tiếng phù hợp với điều kiện thi công.”, PGS.TS Trần Văn Miền chia sẻ.

Nguyên liệu sử dụng để chế tạo bê tông in 3D có đặc trưng là cốt liệu nhỏ (kích thước hạt cốt liệu lớn nhất phổ biến dử dụng là không quá 5mm) và hàm lượng chất kết dính thấp, vì vậy tốc độ co ngót và ứng suất kéo do co ngót sinh ra trong giai đoạn đầu (1 đến 3 ngày sau khi in tạo hình cấu kiện) là lớn hơn đáng kể so với bê tông nặng truyền thống, do đó hầu hết bê tông in 3D sẽ có khả năng xuất hiện nứt trên cấu kiện ở tuổi sớm. Để hỗn hợp bê tông in 3D có khả năng đùn và khả năng đắp dần lên cao tốt thì hỗn hợp bê tông này cần phải có độ nhớt thấp nhất có thể nhưng không được phân tầng, và có ứng suất chảy tĩnh cao. 

Cận cảnh cụm hệ thống thực hiện in bê tông 3D tại một công trình

Kết quả thí nghiệm cho thấy, ngoài việc thay đổi tỷ lệ CL/CKD (cốt liệu/chất kết dính) và tỷ lệ N/CKD (nước/chất kết dính) để điều chỉnh lưu biến cho bê tông in 3D thì có một cách khác là thay đổi hàm lượng phụ gia siêu dẻo cùng với hàm lượng phụ gia điều chỉnh độ nhớt (VMA). Khi tăng hàm lượng phụ gia siêu dẻo thì các thông số lưu biến của hỗn hợp bê tông như độ nhớt dẻo, ứng suất chảy tĩnh và chảy động đều giảm. Trong khi đó, tăng hàm lượng phụ gia VMA thì độ nhớt dẻo giảm nhưng không ảnh hưởng đến các giá trị ứng suất chảy của hỗn hợp bê tông, điều này có nghĩa là hỗn hợp bê tông dễ in 3D hơn và vật thể bê tông tạo hình vẫn có khả năng duy trì hình dáng trong suốt quá trình in. Tuy nhiên, sử dụng nhiều phụ gia siêu dẻo cùng với phụ gia VMA cũng có khả năng làm cho hỗn hợp bê tông trở nên quá chảy dẻo và không thành công khi in 3D, ngoài ra bê tông cũng có thể bị kéo dài ninh kết hoặc thậm chí là không ninh kết được.

In 3D bê tông khối hộp 600x600 mm và kiểm tra liên kết bám dính giữa 2 lớp bê tông in liền kề nhau

Theo PGS.TS Trần Văn Miền, việc hỗn hợp bê tông quá chậm ninh kết ảnh hưởng đến quá trình thi công và sự ổn định của khối in 3D, cho nên cần rút ngắn quá trình ninh kết của bê tông để đảm bảo sự ổn định cho khối bê tông in 3D, khoảng thời gian ninh kết của bê tông không quá 12 tiếng sẽ phù hợp với công tác thi công và đảm bảo sự ổn định cho khối in trong và sau khi kết thúc quá trình in 3D. Cường độ bám dính giữa 2 lớp bê tông in 3D phụ thuộc và tỉ lệ thuận với cường độ chịu nén của vật liệu bê tông in 3D. Tất cả các cấp phối bê tông in 3D thành công đều có cường độ bám dính giữa 2 lớp bê tông là trên 1 MPa.

Theo đó, nhóm thực hiện sử dụng hỗn hợp bê tông với tỷ lệ CL/CKD = 1 và 1,5 (có cường độ chịu nén và uốn ở 28 ngày lần lượt là trên 60 và 10 MPa) để chế tạo sản phẩm Facade trang trí, còn hỗn hợp bê tông với tỷ lệ CL/CKD = 2 (có cường độ chịu nén và uốn ở 28 ngày lần lượt là trên 40 và 6 MPa) thì được dùng cho sản phẩm tường công trình xây dựng. Ưu thế nổi trội của công nghệ in bê tông 3D là có thể tạo hình tường bao công trình có hình dạng phức tạp, ví dụ như các hình dạng có độ cong, độ uốn lượn có quy luật hoặc không có quy luật nhất định.

Nhóm thực hiện đã thi công thử nghiệm thành công 2 công trình nhà ở bằng công nghệ in bê tông 3D: công trình 1 có quy mô rộng 5m, dài 14m và cao 4m (có 1 phòng khách, 1 phòng ăn – bếp và 1 phòng ngủ), công trình 2 có quy mô rộng 8,5m, dài 15m và cao 3,8m (có 2 phòng ngủ, 1 phòng ăn – bếp, 1 phòng khách và 1 phòng làm việc, tường nhà thiết kế tạo kiểu dáng cánh hoa hồng, tường dày 200mm bao gồm 2 lớp tường, mỗi lớp thiết kế dày 50mm).

Công trình in 3D có tường nhà thiết kế tạo kiểu dáng cánh hoa hồng, tường dày 200mm

Các công trình được tiến hành in bê tông 3D ngoài trời nên việc thi công phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết, chẳng hạn như sự co ngót và khả năng gây nứt của khối tường bê tông in 3D. Qua quá trình thi công, nhóm thực hiện nhận xét nếu tiến hành in liên tục và tưới ẩm bảo dưỡng đầy đủ cho bê tông ngay sau khi kết thúc quá trình in thì khối tường bê tông in 3D hầu như không xuất hiện nứt. Ngược lại, nếu trong quá trình đang in và gặp sự cố phải ngừng in thì khoảng 30-40 phút sau, khối tường bê tông in 3D sẽ xuất hiện các vết nứt theo phương đứng cắt từ lớp in trên cùng và hướng xuống 4-5 lớp in cận kề bên dưới. Điều này là do bê tông kết thúc thời gian mở thi công, co dẻo nhanh trong điều kiện môi trường thi công nắng nóng ngoài trời từ đó dẫn đến hình thành các vết nứt.

So sánh khả năng kháng thấm nước, tường bê tông in 3D tốt hơn so với tường gạch đất sét nung tô vữa xi măng một mặt. Hệ số thấm nước của tường bê tông in 3D thấp hơn đáng kể so với tường gạch đất sét nung. Tuy nhiên, tương tự như tường xây bằng gạch đất sét nung, nước thấm xuyên qua tường bê tông in 3D chủ yếu tại vị trí tiếp xúc giữa 2 lớp bê tông in 3D, điều này có nghĩa là tại vị trí tiếp xúc giữa 2 lớp bê tông in 3D không đủ đặc chắc, có tồn tại khuyết tật và lỗ rỗng đủ lớn để nước thấm xuyên qua. Vì vậy, để gia tăng khả năng chống thấm cho tường bê tông in 3D trong công trình xây dựng, nhóm thực hiện cho rằng cần có biện pháp cải thiện, gia tăng độ đồng nhất tại vị trí tiếp xúc giữa 2 lớp bê tông in 3D. Mặt khác, cường độ chịu nén của tường bê tông in 3D cao hơn gần 30% so với tường gạch đất sét nung, nên có thể hướng đến thiết kế tường bê tông in 3D với vai trò là tường chịu lực thay vì chỉ là kết cấu bao che.

Kiến trúc bên trong lạ mắt, sang trọng đúng theo ý tưởng của nhà thiết kế

Thực tế cho thấy, ứng dụng công nghệ in bê tông 3D để thi công xây dựng có lợi thế hơn so với công nghệ thi công truyền thống về tiến độ (nhanh hơn gần 80%) và giá thành xây dựng (giảm khoảng 20%) khi thi công phần thô trên cùng một thiết kế công trình xây dựng. Ngoài ra, công nghệ in bê tông 3D có điểm nổi bật là có thể thi công được những công trình có thiết kế nghệ thuật và phức tạp mà việc thi công truyền thống hầu như không thể thực hiện được, lại giảm đáng kể chất thải xây dựng, có thể tận dụng các chất thải rắn (tro xỉ nhiệt điện, xà bần xây dựng, thạch cao…).

Từ kết quả thực hiện nhiệm vụ, nhóm thực hiện kiến nghị Sở KH&CN TP.HCM tiếp tục hỗ trợ nghiên cứu mở rộng các giải pháp hạn chế hiện tượng nứt trong quá trình thi công công trình in bê tông 3D ngoài trời, kết hợp đánh giá khả năng chống cháy của công trình. Bên cạnh đó, nhóm thực hiện cũng đề xuất thực hiện thiết kế đồng bộ nội ngoại thất và cảnh quan đi kèm với công trình thi công bằng công nghệ in bê tông 3D để nâng cao giá trị thẩm mỹ và thương mại.