Xu hướng phát triển và thách thức từ những công nghệ then chốt trong thời đại 4.0

Công nghệ và những việc làm liên quan đến trí tuệ ngày càng quan trọng, đầu tư vào nghiên cứu và phát triển nhằm sản sinh các dòng kiến thức tạo nền tảng cho sản xuất thâm dụng tri thức đã trở thành vấn đề cốt lõi trong hội nhập và cạnh tranh mang tính toàn cầu.

Phân tích 4.0 công nghệ được nhận dạng thuộc 4 nhóm công nghệ sinh học, vật liệu tiên tiến, công nghệ số, năng lượng và môi trường, các nhà nghiên cứu đã rút ra 10 công nghệ then chốt có nhiều triển vọng tương lai. Đó là các công nghệ Internet vạn vật, phân tích dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo, công nghệ thần kinh, vệ tinh micro, vật liệu nano, công nghệ in 3D, tích trữ năng lượng tiên tiến, sinh học tổng hợp và công nghệ Blockchain.

Phần II: Bài viết "XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ THÁCH THỨC TỪ NHỮNG CÔNG NGHỆ THEN CHỐT TRONG THỜI ĐẠI 4.0" đề cập tới những điểm nổi bật về những công nghệ này.

4. Công nghệ thần kinh (Neurotechnology)

Là công nghệ mới nổi, Neurotechnology được hiểu là một phương tiện nhân tạo có thể tương tác với não và hệ thống để kiểm tra, tiếp cận và thao tác về cơ cấu và chức năng của thần kinh.

Công nghệ thần kinh sử dụng các kỹ thuật quang di truyền (optogenetics), công nghệ điều biến thần kinh (Neuromodulation), giao diện não-máy tính và nanorobots để chẩn đoán, điều trị và phát triển trí thông minh nhân tạo.

Kỹ thuật quang di truyền sử dụng cac protein cảm ứng ánh sáng để quan sát, điều khiển hoạt động và kiểm soát sự liên lạc và chức năng của nơron thần kinh. Kỹ thuật này cung cấp những công cụ để nghiên cứu i quan hệ giữa tế bào với mạng lưới thần kinh và những hành vi nhằm làm sáng tỏ các yếu tố về bệnh thoái hóa thần kinh cả về hành vi và tư duy.

Công nghệ điều biến thần kinh nhằm vào kích thích noron trong nghiên cứu cơ bản về rối loạn não. Công nghệ này liên quan đến tính xác thực và việc sử dụng để tăng cường năng lực ở người dễ bị tổn thương, nó vai trò quan trọng trong điều trị rối loạn thần kinh

Giao diện não-máy tính dùng để nhận biết và giải mã các mẫu hình hoạt động noron bằng tư duy liên kết. Giao diện cho phép điều khiển thiết bị không dùng tay và theo rõi được trạng thái người dùng, nó hữu ích cho những người điều khiển ô tô, phi công và người tham gia vào các nhiệm vụ yêu cầu tập trung cao. Giao diện não-máy tính cho phép nhiều não bộ phối hợp thực hiện một nhiệm vụ nhằm tăng cường hiệu năng, nó còn được dùng trong phát triển các giác quan mới của con người như khả năng cảm nhận từ trường hoặc sóng hồng ngoại, sóng vô tuyến...

Nanorobots là hệ thống được chế tạo từ các bộ phận có kích thước nhỏ ở mức nano với kích thước từ 1 nano met (nm) đến 100 nm. Hệ thống có khả năng lớn trong các lĩnh vực khoa học thần kinh, chẩn đoán và điều trị. Khả năng điều khiển của nanorobots bằng công nghệ thông tin được coi là là bước đột phá trong đổi mới sáng tạo y học,

Mô phỏng chức năng não bộ trong tương lai đều có nguồn gốc từ những nghiên cứu về bộ não. Theo các nhà phân tích, các dự án não bộ có tiềm năng to lớn để giải quyết những thách thức tồn tại trong y học, mở ra những hiểu biết mới về bộ não và trí tuệ.

Mặc dù có nhiều tiến bộ trong khoa học thần kinh và ứng dụng công nghệ, song những nghiên cứu cơ bản vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu đặt ra về hiểu biết hoạt động cũng như mối quan hệ sinh học và vật lý giữa các hợp thể nơ ron và các phần tử của tư duy.

Những mẫu hình và công nghệ gia tăng khả năng phát triển con người, đã thúc đẩy cách tiếp cận mới để hiểu rõ bộ não và trí tuệ. Tuy nhiên, công nghệ thần kinh xâm lấn yêu cầu phẫu thuật lại có nguy cơ dẫn đến những thay đổi ngoài dự tính về sinh lý và chức năng bộ não, phát sinh do hạn chế về điện cực cấy hoặc tế bào gốc cũng như nhiễm trùng .

Công nghệ thần kinh làm thay đổi một số khái niệm và phạm trù được sử dụng, song còn nhiều vấn đề cần được cần cân nhắc cả về đạo đức, luật pháp và xã hội. Khi sự khác biệt giữa con người và máy móc bị lu mờ, việc đánh giá khả năng con người trở nên khó khăn hơn trước yêu cầu liên quan đến tự do ý chí và trách nhiệm đạo đức. Cân bằng giữa rủi ro và trách nhiệm đạo đức khoa học não trước cơ hội điều trị là những đòi hỏi lớn đặt ra.

5. Vệ tinh nhỏ cấp nano

Vệ tinh nhỏ mang lại cho các nhà hoạch định chính sách một phạm vi rộng để giải quyết thách thức cả về mục tiêu dân sự lẫn quốc phòng. Trong những vệ tinh nano và micro, vệ tinh CubeSat là mẫu hình siêu nhỏ có kích thước 10x10x10 cm, nặng 1kg, được coi là đơn vị để tích hợp, tạo thành những vệ tinh cỡ lớn hơn.

Kể tư khi đưa vào hoạt động (năm 2002), số lượng vệ tinh siêu nhỏ đã ngày một gia tăng. Năm 2014 có 158 vệ tinh nano và micro được phóng lên vũ trụ và theo dự báo, trong giai đoạn từ 2014 đến 2020 trên toàn cầu sẽ có trên 2.000 vệ tinh siêu nhỏ được đưa vào quỹ đạo hoạt động.

Sự ra đời của vệ tinh nhỏ mở ra kỷ nguyên ứng dụng mang lại lợi nhuận cao. Xu hướng chế tao vệ tinh nhỏ có thể tương tác theo cụm và việc gia tăng sử dụng cấu kiện làm sẵn đạt tiêu chuẩn vũ trụ, đã tao ra những dự án thương mại mới. Công ty Skybox Imagining đã triển khai một chùm gồm 24 vệ tinh nhỏ để cung cấp dữ liệu hình ảnh vệ tinh rẻ. Tương tự, Planet Labs đã cho ra đời chùm Flock 1 với 28 vệ tinh nano tạo nên những tổ hợp tương tự như máy chủ lớn được chuyển thành mạng máy tính nhỏ kết nối với nhau thông qua mạng Internet (NASATI 2018).

Vệ tinh nhỏ sử dụng trong các chùm lớn ở quỹ đạo thấp mang lại những cải tiến đột phá trong quan sát trái đất, theo rõi tình trạng đại dương và các vùng nước lục địa. Những hệ thống vệ tinh này còn được sử dụng để giám sát việc đánh cá trái phép và chống lại các hoạt động tội phạm. Vệ tinh nhỏ thu hút được sự quan tâm trên khắp thế giới, nhiều nước đang phát triển coi đó là hướng ưu tiên tài trợ trong các chương trình không gian đầu tiên.

Cho dù có những ưu thế phát triển song sự phát triển ngành công nghiệp vệ tinh nhỏ vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức. Trước hết, luôn tồn tại việc đánh đổi giữa kích thước và chức năng, vệ tinh càng nhỏ càng mang được ít thiết bị và tuổi thọ cũng sẽ ngắn hơn.

Vệ tinh nhỏ được phóng nhiều, mối đe dọa môi trường ngày càng gia tăng cùng với các mảnh vỡ và va chạm. Hiệu ứng phân tầng hình thành do nhiều mảnh vỡ phát sinh, có nguy cơ dẫn đến những va chạm lớn. Gia tăng sử dụng vệ tinh nano và micro, khối lượng dữ liệu phát sinh sẽ ngày càng lớn, khi kết thúc sử dụng sẽ tạo những hiểm họa khó lường đối với bầu khí quyển. Từ đây, các nhà hoạch định chính sách cũng cần có giải pháp phù hợp trong xây dựng khung pháp lý và môi trường kinh doanh để đảm bảo sự bùng nổ có thể được khai thác vì lợi ích của nhiều bên.

6.Vật liệu nano

Là loại vật liệu có kích thước ở thang độ nano (1 nm=1.0-9 m), có cấu trúc bề mặt từ 1nm đến 100nm. Vật liệu nano bao gồm các sản phẩm chứa cac bon, kim loại cấu trúc nano, hợp kim và chất bán dẫn. Hạt nano gồm polyme, nano composit,vật liệu nung kết và sinh học. Ngoài ra còn có nano dioxit titan, oxit nano kẽm, graphit, aerogel và nano bạc.

Phổ ứng dụng thương mại vật liệu nano được dự báo tăng mạnh. Vật liệu này sử dung nhiều trong các ngành y học, năng lượng, xây dựng và chống tia cực tím... khả năng ứng dụng cao là ở nơi nano có thể thay thế được vật liệu có kích thước hạt lớn hoặc khó điều chỉnh.

Trong ngành y học, vật liệu nano được kỳ vọng làm gia tăng khả năng chẩn đoán và chẩn đoán sớm bệnh ung thư. Những chất đánh dấu huỳnh quang sử dụng vật liệu nano làm tăng độ tin cậy của chẩn đoán trong ống nghiệm (in vitro), những hạt nano đánh dấu màu vàng sẽ thúc đẩy tạo ảnh phân tử, được dùng vào sàng lọc nhanh các loại thuốc ung thư.

Vật liệu nano sử dụng rộng rãi trong các vật dụng thông thường. Sợi nano tạo khả năng dệt vải chống thấm nước, chống nhăn và vết bẩn. Kết hợp với vải điện tử (e-textile), vật liệu này tạo ra các loại vải thông minh, vải chức năng sử dụng trong quân sự và ứng phó khẩn cấp, đảm bảo an toàn cho con người.

Trong ngành xây dựng, vật liệu nano là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất vật liệu chức năng như bê tông tự làm sạch. Đối với lĩnh vực năng lượng và môi trường, nano polyme thông minh được sử dụng để sản xuất bao bì có khả năng phân hủy sinh học, những tinh thể nano silic được dùng để sản xuất các tế bào quang điện.

Vật liệu nano tạo khả năng cho nhiều quy trình sản xuất đổi mới từ thiết bị in điện tử, in 3D khổ lớn đến sản xuất với lưu lượng cao tế bào năng lượng mặt trời. Ngành công nghiệp thực phẩm đã sử dụng vật liệu nano hấp thụ ánh sáng hồng ngoại để giảm lượng điện năng và rút ngắn thời gian lưu hóa trong quá trình sản xuất.

Mặc dù được ca tụng như cuộc cách mạng công nghiệp tiếp theo, nhưng nghiên cứu và phát triển vật liệu nano đã chậm hơn so với nhiều dự báo. Hạn chế chi phí nghiên cứu phát triển đã ảnh hưởng đến nhiều phòng thí nghiệm và đang cản trở đổi mới trong các công ty nhỏ. Hạt nano có thể xâm nhập qua màng tế bào trong cơ thể và di chuyển đến những nơi mà hạt lớn khó có khả năng tiếp cận, tính linh hoạt này là nguy cơ cần được cân nhắc trong sử dung hạt nano vào sản xuất nông nghiệp thực phẩm.

Sản xuất vật liệu nanno tiên tiến thường bị trì hoãn do thiếu hiểu biết về quy trình sản xuât và khả năng điều khiển hạn chế, đã trở thành rào cản trong phát triển ứng dụng thương mại trên quy mô lớn. Rủi ro phải đối mặt do thiếu dữ liệu về vật liệu nano tiếp xúc với môi trường đòi hỏi phải có những nghiên cứu sâu. Ngoài ra, tính không chắc chắn trong yêu cầu kiểm soát cũng gây ảnh hưởng tiêu cực đến NC&PT và thương mại hóa ứng dụng loại vật liệu này trong tương lai.

Còn tiếp...

TS. Lê Thành Ý

ThS. Vương Xuân Nguyên

Phân tích 4.0 công nghệ được nhận dạng thuộc 4 nhóm công nghệ sinh học, vật liệu tiên tiến, công nghệ số, năng lượng và môi trường, các nhà nghiên cứu đã rút ra 10 công nghệ then chốt có nhiều triển vọng tương lai. Đó là các công nghệ Internet vạn vật, phân tích dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo, công nghệ thần kinh, vệ tinh micro, vật liệu nano, công nghệ in 3D, tích trữ năng lượng tiên tiến, sinh học tổng hợp và công nghệ Blockchain.

Phần II: Bài viết "XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ THÁCH THỨC TỪ NHỮNG CÔNG NGHỆ THEN CHỐT TRONG THỜI ĐẠI 4.0" đề cập tới những điểm nổi bật về những công nghệ này.