Thiết kế, chế tạo bộ não AI cho đồ chơi trẻ em
Thiết kế bộ não AI cho đồ chơi trẻ em bằng vi điều khiển ESP32-S3 kết hợp mô hình Xiaozhi AI giúp đồ chơi nhận diện giọng nói, trò chuyện tự nhiên qua Wi-Fi và điều khiển phần cứng bằng hồng ngoại hoặc dây dẫn.
1. Phần cứng cần chuẩn bị
Vi điều khiển chính: Mạch ESP32-S3 (như dòng N16R8 hoặc mạch tím phổ biến) có tốc độ cao và hỗ trợ xử lý âm thanh.
Thu, phát âm thanh: Module micro I2S INMP441 để thu giọng nói của trẻ và module khuếch đại âm thanh MAX98357 kết hợp loa nhỏ để phát tiếng nói phản hồi từ AI.
Giao tiếp ngoại vi:
LED/Module mắt phát hồng ngoại (IR Transmitter) để điều khiển đồ chơi từ xa.
Chân cắm GPIO (dây cắm mạch cái-đực) để nối với động cơ servo, cảm biến hoặc mạch điều khiển động cơ robot.
Nguồn điện: Pin sạc Li-ion 3.7V kèm mạch quản lý sạc TP4056.
2. Nguyên lý hoạt động
Thu nhận giọng nói: Trẻ em nói chuyện với đồ chơi, micro INMP441 thu lại âm thanh và truyền dữ liệu qua giao tiếp I2S đến ESP32-S3.
Xử lý AI đám mây: ESP32-S3 kết nối Wi-Fi để gửi dữ liệu âm thanh tới hệ thống Xiaozhi AI, nơi các mô hình ngôn ngữ lớn xử lý và trả về câu trả lời bằng giọng nói tiếng Việt mượt mà.
Điều khiển hành động: Dựa vào lệnh giọng nói hoặc kịch bản lập trình sẵn, ESP32-S3 xuất tín hiệu xung PWM ra dây cắm hoặc phát mã lệnh qua mắt hồng ngoại để làm đồ chơi cử động, bật đèn, hoặc chạy bánh xe.
3. Các bước triển khai thực tế
Hàn nối linh kiện: Nối chân I2S của micro và bộ khuếch đại âm thanh MAX98357 vào đúng các chân GPIO tương thích trên board ESP32-S3.
Nạp Firmware: Truy cập trang Xiaozhi VN hoặc kho mã nguồn GitHub để chọn phiên bản firmware phù hợp với loại màn hình (OLED/TFT) và nạp trực tiếp qua cổng USB của máy tính.
Cấu hình mạng: Kết nối điện thoại với điểm phát Wi-Fi do ESP32-S3 tạo ra để điền thông tin Wi-Fi nhà bạn và kích hoạt thiết bị trên hệ thống quản lý.
Lập trình bổ sung: Viết thêm hàm điều khiển hồng ngoại (sử dụng thư viện IRremoteESP8266) hoặc điều khiển chân cắm motor để đồ chơi thực hiện các động tác vật lý theo ý muốn.
DATN 20252 :
Linh code: https://github.com/ngomanhntm/xiaozhi-ir/tree/main
Xem video tại link dưới:
https://drive.google.com/file/d/1mJ6iDn5UDKwUMEEOzyXOURqrY3ymcU3_/view?%20usp=drive_link
https://sites.google.com/view/bblab/research/08_ai_robot_for_kid?read_current=1
Ví dụ Mẫu robot để nâng cấp lên AI:
https://www.mykingdom.com.vn/products/do-choi-robot-chu-cho-max-dang-yeu-dieu-khien-tu-xa-vt6601
Khác biệt của đồ án hiện tại:
Thiết kế bộ não AI gồm Esp32 s3 CAM tích hợp camera, micro phone, Speaker ghép vào đồ chơi giá rẻ như robot chó VECTO.
Cài đặt mô hình AI học tiếng anh tương tác để trẻ nói chuyện với robot và học các kỹ năng tiếng anh qua tương tác, giúp việc ghi nhớ dễ dàng hơn.
Hướng phát triển:
Tinh chỉnh mô hình AI để phù hợp với mục đích giao tiếp với trẻ nhỏ, tương tác và dạy học tiếng anh.
Children Teach a Care-Receiving Robot to PromoteTheir Learning: Field Experiments in a Classroomfor Vocabulary Learning
https://dl.acm.org/doi/epdf/10.5898/JHRI.1.1.Tanaka
Toys that listen, talk, and play: Understanding Children's Sensemaking and Interactions with AI Toys
https://arxiv.org/pdf/2604.02629
📝 Yêu cầu kỹ thuật: Báo cáo cần được chuẩn hóa theo mẫu của Tạp chí KH&CN.
🔗 Hướng dẫn chi tiết & Mẫu trình bày:
https://jst.vn/index.php/index/guide-for-author
Ví dụ một số robot học tiếng anh cho bé:
https://pikarobot.stepup.edu.vn/
