Đánh giá rửa tay bằng AI để sản xuất thực phẩm an toàn hơn
Contec Co., Ltd., một thành viên của Tập đoàn Daifuku, đã phát triển một hệ thống đánh giá rửa tay dựa trên AI, được thiết kế để sử dụng trong các cơ sở sản xuất thực phẩm và nhà hàng. Hệ thống hướng dẫn người dùng thực hiện đúng quy trình rửa tay và tuân thủ hồ sơ. Chúng tôi đã trao đổi với Ryota Inoue và Takamichi Yuasa từ Bộ phận Công nghệ của Contec về quá trình phát triển giải pháp sáng tạo này.
Bắt đầu với nhu cầu hoạt động
Rửa tay rất quan trọng đối với sức khỏe cộng đồng và là một phần thiết yếu trong hoạt động hàng ngày của ngành y tế, chăm sóc điều dưỡng và dịch vụ thực phẩm. Trong ngành thực phẩm, bản sửa đổi tháng 6 năm 2020 của Đạo luật Vệ sinh Thực phẩm Nhật Bản đã đưa việc quản lý vệ sinh theo HACCP (Phân tích Mối nguy và Điểm Kiểm soát Tới hạn), theo định nghĩa của Ủy ban Codex Alimentarius, trở thành một yêu cầu pháp lý bên cạnh các thông lệ hiện hành. Để hỗ trợ việc tuân thủ, Bộ Y tế, Lao động và Phúc lợi đã ban hành một hướng dẫn phác thảo các quy trình rửa tay đúng cách và các động tác được khuyến nghị. Tuy nhiên, trên thực tế, việc rửa tay đôi khi không đầy đủ, cổ tay có thể bị bỏ qua và nhân viên đôi khi dựa vào các phương pháp ứng biến của riêng họ. Do đó, nhiều công ty thiết lập các quy tắc rửa tay chính thức và có giám sát viên kiểm tra việc tuân thủ. Tuy nhiên, cách tiếp cận này cũng mang lại nhiều thách thức.
“Một công ty nói với chúng tôi rằng nhân viên phải điền danh sách kiểm tra giấy mỗi lần rửa tay, sau đó các giám sát viên mới nhập dữ liệu vào hệ thống theo cách thủ công”, Yuasa nhớ lại. “Vì quy trình dựa trên việc tự báo cáo, nên không có cách nào để xác nhận việc rửa tay đã được thực hiện đúng cách hay chưa. Quản lý bằng giấy tờ cũng dẫn đến thiếu sót và kém hiệu quả. Các giám sát viên cũng đề cập rằng khối lượng công việc nhập liệu là một gánh nặng. Chúng tôi muốn cải thiện việc kiểm soát chất lượng rửa tay và giảm bớt gánh nặng đó—và ý tưởng đó đã trở thành điểm khởi đầu cho quá trình phát triển.”
Hệ thống Đánh giá Rửa tay AI IVA-HW100 của Contec sử dụng máy tính biên được trang bị camera lắp đặt tại trạm rửa tay để theo dõi việc rửa tay và xác định, thông qua AI nhận dạng hình ảnh, liệu việc rửa tay có được thực hiện đúng cách hay không. Màn hình của hệ thống cũng hiển thị hình ảnh thời gian thực về người dùng đang rửa tay cùng với hình ảnh tham chiếu về các động tác đúng. Khi một bước được thực hiện đúng, hệ thống sẽ nhắc nhở người dùng. Việc làm theo hướng dẫn trên màn hình này giúp nhân viên tiếp thu phương pháp đúng theo thời gian. Khi toàn bộ quy trình được hoàn thành, kết quả sẽ được tự động ghi lại, giúp giám sát viên dễ dàng truy cập dữ liệu tuân thủ mà không cần nhập liệu thủ công.
Hệ thống đánh giá rửa tay AI giám sát và lấy mẫu kết quả đánh giá
Đảm bảo nhận dạng AI chính xác trên nhiều bàn tay khác nhau
Trọng tâm của hệ thống đánh giá rửa tay là AI nhận dạng hình ảnh. Ban đầu, nhóm nghiên cứu đã cân nhắc việc trích xuất và mô hình hóa các điểm đặc trưng trên ngón tay tương tự như trong chụp chuyển động, sử dụng camera 3D để nhận dạng. Tuy nhiên, sự hiện diện của bọt xà phòng và nước chảy trong quá trình rửa tay khiến phương pháp này không đáng tin cậy.
“Cùng thời điểm đó, nghiên cứu AI đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trong công ty,” Inoue nhớ lại. “Chúng tôi nghĩ, nếu AI đã tiến bộ đến mức này, có lẽ một camera 2D tiêu chuẩn với khả năng nhận dạng hình ảnh sẽ hiệu quả. Đó chính là gợi ý thúc đẩy sự phát triển.”
Nhận dạng rửa tay bằng camera
Việc vận hành AI nhận dạng hình ảnh đòi hỏi GPU hiệu năng cao, nhưng chi phí hạn chế đã loại trừ các linh kiện đắt tiền. Hệ thống cũng cần đủ nhỏ gọn để phù hợp với nhiều môi trường trạm rửa khác nhau, nơi không gian lắp đặt thường bị hạn chế. Cân nhắc hiệu năng, giá cả và kích thước, nhóm đã chọn NVIDIA. Việc sử dụng GPU NVIDIA cũng cho phép chuyển đổi mượt mà từ đào tạo AI trên máy chủ sang thực thi trên máy tính biên.
“Bước tiếp theo là chuẩn bị một tập dữ liệu để huấn luyện,” Inoue giải thích. “Ban đầu, chúng tôi sử dụng chính đôi tay của mình, thay đổi lượng xà phòng và nước, đồng thời quay phim từ nhiều góc độ khác nhau. Điều này cho phép chúng tôi xây dựng một mô hình AI cơ bản, nhưng vì hình dạng bàn tay có thể rất khác nhau, chúng tôi phải mở rộng tập dữ liệu hơn nữa.”
“Sự đa dạng không chỉ dừng lại ở hình dạng—màu da cũng đa dạng,” Yuasa nói thêm. “Bằng cách điều chỉnh độ sáng, độ tương phản, độ bão hòa và sắc thái, chúng tôi đã nhân bộ dữ liệu lên nhiều lần. Và để đảm bảo hệ thống hoạt động với cả hai camera đặt ở phía trước và bên cạnh, chúng tôi đã huấn luyện AI bằng khoảng 100.000 hình ảnh cho mỗi vị trí. Kết quả là một mô hình mạnh mẽ có thể nhận dạng chuyển động rửa tay của nhiều người, mà không cần phải dựa vào các camera 3D đắt tiền.”
Để đảm bảo AI hoạt động trơn tru, nhóm cũng đã tinh chỉnh hệ thống. Ban đầu, khối lượng xử lý lớn của màn hình hiển thị thông tin rửa tay theo thời gian thực đã gây ra sự chậm trễ và gián đoạn trong nguồn cấp dữ liệu video.
“Trong một máy tính cá nhân tiêu chuẩn, môi trường máy tính để bàn sẽ khởi động cùng lúc,” Inoue giải thích. “Thay vào đó, chúng tôi đã áp dụng giao diện dòng lệnh (CUI), giúp giảm đáng kể mức sử dụng tài nguyên. Nhờ đó, hệ thống rửa tay hoạt động trơn tru hơn nhiều.”
Điều chỉnh để sử dụng trong thế giới thực
Ngoài các chức năng đánh giá dựa trên AI cốt lõi và lưu trữ hồ sơ tự động, hệ thống còn bao gồm các tính năng tùy chỉnh. Mặc dù hướng dẫn của Bộ Y tế, Lao động và Phúc lợi được sử dụng làm tài liệu tham khảo mặc định về các động tác và bước rửa tay, nhưng thực tế thực hành lại khác nhau tùy theo ngành nghề. Nhiều công ty có hướng dẫn riêng, và IVA-HW100 cho phép người dùng điều chỉnh trình tự các bước, tư thế cần thiết và thời lượng của từng giai đoạn. Các yếu tố môi trường cũng được tính đến. Do điều kiện ánh sáng và trạm rửa tay khác nhau, hệ thống bao gồm các cài đặt camera để giảm thiểu kết quả dương tính giả và phát hiện sai.
Phóng to để nhìn rõ hơn.
"Mặc dù chúng tôi có thể tự động điều chỉnh cân bằng trắng, nhưng độ sáng và phản xạ ánh sáng có thể cần điều chỉnh chính xác hơn", Yuasa lưu ý. "Do đó, chúng tôi đã phát triển một ứng dụng cài đặt camera để người dùng điều chỉnh độ sáng và màu sắc khi cần thiết. Nguồn cấp video trực tiếp cũng làm nổi bật vùng nhận dạng bằng khung màu đỏ, và kích thước khung hình cũng có thể được điều chỉnh."
Các chức năng mới cũng được lên kế hoạch cho các bản cập nhật trong tương lai, một trong số đó là xác thực người dùng.
“Nhiều khách hàng đã yêu cầu một phương pháp chính xác để theo dõi ai đã rửa tay và khi nào,” Yuasa nói. “Vì camera của hệ thống được đặt hướng về phía bàn tay, nên nhận dạng khuôn mặt không phải là một lựa chọn khả thi. Chúng tôi đã cân nhắc việc xác thực bằng thẻ IC, nhưng tại một số nơi làm việc, quy định vệ sinh nghiêm cấm việc mang thẻ vào. Thay vào đó, chúng tôi đang phát triển một hệ thống xác thực không tiếp xúc sử dụng công nghệ nhận dạng tĩnh mạch lòng bàn tay. Chúng tôi dự định tiếp tục bổ sung các tính năng và tinh chỉnh hệ thống, đồng thời áp dụng những gì đã học được vào quá trình phát triển sản phẩm trong tương lai.”
Cho đến nay, IVA-HW100 chủ yếu được phát triển cho các nhà máy thực phẩm đông lạnh, nhà máy sản xuất đồ ăn đóng hộp và chuỗi nhà hàng. Nhìn về tương lai, Contec có kế hoạch mở rộng sang các ngành công nghiệp mà quản lý vệ sinh cũng quan trọng không kém, chẳng hạn như dược phẩm và mỹ phẩm. Contec cũng đang mở rộng phạm vi hoạt động ra nước ngoài, với các yêu cầu đã đến từ các khu vực mà quản lý vệ sinh đang đặt ra thách thức cấp bách.
Bằng cách áp dụng công nghệ AI tiên tiến nhanh chóng vào một việc thường ngày như rửa tay, dự án này đã tạo ra giá trị xã hội mới dưới hình thức cải thiện quản lý vệ sinh. Contec và Tập đoàn Daifuku vẫn cam kết theo đuổi những ranh giới mới và mang lại giá trị đó rộng rãi cho toàn xã hội.
Contec Co., Ltd.
Ryota Inoue, Bộ phận Công nghệ, Phòng Công nghệ IoT, Nhóm Phát triển Truyền thông
Takamichi Yuasa, Bộ phận Công nghệ, Nhóm Phát triển Ứng dụng