Cuộc cách mạng công nghệ toàn cầu 2020

1 LỜI NÓI ĐẦU Khoa học và công nghệ (KH&CN) thế giới đã và đang phát triển theo quy luật, đi từ sự thống nhất đến chuyên môn hóa, sau đó lại trở về sự thống nhất với trình độ cao hơn, theo chu kỳ xoắn ốc, trong đó các lĩnh vực khoa học liên ngành, đa ngành như công nghệ sinh học (CNSH), công nghệ thông tin và truyền thông (CNTT&TT), công nghệ nano (CNNN) đang hứa hẹn mang lại những thành tựu to lớn phục vụ trực tiếp đời sống của nhân loại. Cách đây hơn một thập kỷ, Đảng và Nhà nước ta, với tầm nhìn chiến lược đã định hướng ưu tiên phát triển các lĩnh vực: CNTT, CNSH, công nghệ thự động hoá, công nghệ vật liệu mới …. Để cụ thể hoá các Nghị quyết của Đảng, với sự chỉ đạo đúng đắn của Chính phủ, Bộ Khoa học và Công nghệ đã có nhiều nỗ lực trong việc đổi mới cơ chế, chính sách, hoàn thiện hệ thống pháp luật về KH&CN, đồng thời đã có sự định hướng đầu tư đúng đắn vào các ngành công nghệ nói trên nên bước đầu đã đạt được những kết quả đáng khích lệ trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y tế…góp phần phát triển kinh tế-xã hội và hội nhập kinh tế quốc tế của đất nước. Việc tiếp tục nghiên cứu các xu hướng phát triển các ngành KH&CN chủ đạo nói trên để nắm bắt được những thành tựu xuất hiện của các ngành đó nhằm ứng dụng vào điều kiện thực tiễn của nước ta là một vấn đề được giới nghiên cứu rất quan tâm, mặt khác nhằm cung cấp thông tin tham khảo cho các chuyên gia nghiên cứu xây dựng Chiến lược phát triển KH&CN đến năm 2020, Chương trình đổi mới công nghệ quốc gia, Chương trình ứng dụng và phát triển công nghệ cao là rất cần thiết. Với tình thần đó, Trung tâm Thông tin KH&CN Quốc gia xuất bản Tổng luận ”CUỘC CÁCH MẠNG CÔNG NGHỆ TOÀN CẦU 2020”, bao hàm dự báo xu hướng phát triển tới năm 2020 các ngành khoa học và công nghệ trọng điểm nói trên. Xin trân trọng giới thiệu. TRUNG TÂM THÔNG TIN KH&CN QUỐC GIA 2 I. CÔNG NGHỆ THÔNG TIN I.1. Một số xu hướng quan trọng Trong thế kỷ XXI, CNTT vẫn là một lĩnh vực công nghệ trung tâm. Sự phát triển của các ngành KH&CN tiên tiến cần phải dựa trên nền tảng của CNTT. Tuy nhiên, CNTT sẽ được kết hợp một cách hữu cơ trong các thiết bị, linh kiện, góp phần làm tăng chất lượng cho các sản phẩm đó. Những xu hướng của CNTT sẽ có ảnh hưởng đáng kể tới đời sống chính trị và xã hội từ nay tới năm 2020 gồm: 1. Xu hướng hội tụ các công nghệ Hiện tại, nhiều dịch vụ và sản phẩm đều có sự kết hợp với CNTT. Ví dụ, mọi người có thể truy cập Internet thông qua máy thu hình cáp hay điện thoại. Họ cũng có thể sử dụng máy điện thoại di động của mình để giữ và đọc Email, lướt Web hoặc nhắn tin tức thời. Các nhà nghiên cứu hiện đang tìm cách để có thể truy cập Internet băng thông rộng nhờ đường dây tải điện với ý đồ cạnh tranh với các hãng điện thoại hoặc cung cấp dịch vụ truyền hình cáp. Sự hội tụ các công nghệ và chức năng sẽ tiếp tục là mục tiêu của các sản phẩm kỹ thuật số từ nay đến năm 2020. Công việc này sẽ được tạo điều kiện bởi những phát triển trong kỹ thuật nối dây và các vật liệu tải thông tin số, có thể sẽ nhờ đến những thành tựu của mạng quang. Điện thoại, truyền hình, radio, máy tính cá nhân, truy cập Internet, nguồn điện và thậm chí cả đèn điện trong phòng đều có thể được kết hợp trong 1 sản phẩm. Vải và máy tính cũng sẽ được kết hợp với nhau, tạo ra loại vải thông minh (thích ứng với thời tiết), các máy tính mang trên người. 2. Dữ liệu sẽ có mặt ở khắp nơi Tới năm 2020, do nhiều công nghệ được phát triển để bao hàm các cơ cấu theo dõi và cảm nhận, nên một lượng lớn dữ liệu liên quan đến cá nhân sẽ được tạo ra, như nhận dạng, địa điểm, thói quen, hành vi. Cần phải có sự hiểu biết về những nguy cơ mà công nghệ khai thác dữ liệu (Data Mining) có thể đưa lại đối với vấn đề riêng tư cá nhân. Với một lượng dữ liệu lớn có được, cũng cần phải xét đến và giải quyết vấn đề chất lượng, không chỉ ở sự trùng lắp hay tính chính xác, mà cả khả năng lưu trữ và truy cập trong một khoảng thời gian đủ ngắn. Về bộ nhớ, các cấu trúc nano đang chứng tỏ những triển vọng khả quan. Bộ nhớ hữu cơ cũng được hoàn thiện về dung lượng nhớ, đồng thời dễ sản xuất, giúp hạ giá thành. 3. Công nghệ cơ sở dữ liệu Với triển vọng phát triển của CNTT, công nghệ cơ sở dữ liệu (CSDL) đang trở nên quan trọng hơn nhiều so với thời gian trước đây. Các nhà nghiên cứu CNTT cần phải hoàn thiện tiếp công nghệ này để ứng phó với những thay đổi có thể xảy ra về bản chất và khối lượng thông tin. Như đã đề cập ở trên, do dữ liệu được sản sinh và truyền tải ngày càng nhiều hơn, nên sẽ phải cần đến các CSDL và công nghệ để phân loại, lưu trữ, tách rút và phân tích thông tin. 3 Các CSDL này sẽ phải được cập nhật thường xuyên và cần có thêm thông tin về bối cảnh để mô tả bản chất của dữ liệu. Công nghệ CSDL hiện tại thường chú trọng nhiều đến các CSDL phân tán, nhưng chúng ta có thể phải tiến tới có được các CSDL lớn, tập trung để có được các thông tin khi cần thiết. Cái chúng ta có thể sẽ có được vào năm 2020 là một CSDL để tìm kiếm thông tin mau lẹ (Agile Database), trong đó những kho dữ liệu lớn có thể dễ dàng phân ra thành các bộ phận hoặc cấu trúc lại để tách rút được những thông tin thật cần thiết cho những tình huống cụ thể. 4. Xu hướng tiến tới các thiết bị và nguồn điện ngày càng nhỏ, cơ động Các thiết bị điện tử sẽ ngày càng có kích thước nhỏ, nhẹ, thường được kết nối bằng công nghệ không dây và cơ động. Vì xu hướng này vẫn tiếp diễn, nên sẽ ngày càng có nhu cầu đối với các nguồn năng lượng thay thế, có kích thước nhỏ, nhẹ, cơ động và thời gian cấp điện dài. Hoạt động nghiên cứu về các nguồn điện thay thế, có khả năng tái sinh sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển tiếp theo của các thiết bị điện tử nhỏ, di động. Song song với xu hướng này, các máy tính có tính năng cao sẽ được đưa vào các cụm máy nhỏ hơn và rẻ hơn. Các máy này có khả năng thay đổi cấu hình để đáp ứng nhu cầu tính toán theo những tình huống đặt ra. Chúng ta sẽ có được CNTT đáp ứng theo bối cảnh (Opportunistic IT), trong đó các mạng và ứng dụng sẽ tuân theo quy luật bầy đàn (Swarm). Các mạng máy tính sẽ phản ánh các mạng xã hội và khi cần, các cấu hình phần cứng và phần mềm của chúng có thể được cấu trúc lại để đáp ứng nhu cầu cụ thể. 1.2. Thông tin di động và hệ thống nhận dạng vô tuyến CNTT là một lĩnh vực có phạm vi rất rộng, vì vậy ở đây đề cập tới lĩnh vực thông tin di động (TTDĐ) và hệ thống nhận dạng tần số vô tuyến (FRID), được dự báo là có liên quan nhiều đến các nước đang phát triển có trình độ công nghệ trung bình. Những chức năng cơ bản của các thiết bị TTDĐ đã được tăng cường rất nhiều ở thập kỷ vừa qua. Những thiết bị mà trước đây được chế tạo chỉ có ý định dùng để trao đổi dữ liệu bằng lời nói nay đã trở thành những sàn cảm biến, xử lý, lưu trữ và truyền thông đa chức năng, có khả năng trao đổi rất nhiều loại hình dữ liệu, trên cơ sở sử dụng nhiều chế độ truyền thông khác nhau. Những tiến bộ gần đây cả trong lĩnh vực công nghệ lẫn lĩnh vực thiết kế cho thấy xu hướng này sẽ còn tiếp diễn trong thập kỷ tới. Sự nổi lên của các hệ FRID giá rẻ, tinh xảo đang định hình lĩnh vực TTDĐ. Các cơ cấu FRID hiện đã có mặt rộng khắp ở những ứng dụng như giám sát vật tư, nhận dạng cá nhân, kiểm soát truy cập và rất nhiều các loại giao dịch thương mại. Hiện chúng cũng đang chuẩn bị kết hợp vào các thiết bị TTDĐ. Các thiết bị TTDĐ kết hợp nhiều công nghệ khác nhau như màn hình, bộ nhớ dữ liệu và mạch tích hợp và cảm biến tiên tiến. Sự phát triển của các công nghệ này sẽ quyết định hướng đi của các sàn điện toán di động trong thập kỷ tới. Các thiết bị TTDĐ và hệ thống FRID đều bao gồm nhiều cấu phần công nghệ khác nhau. Ở mỗi cấu phần công nghệ, tính năng hoặc chức năng của nó có thể được tăng cường bằng 4 cách hoàn thiện công nghệ chế biến các vật liệu hiện có hoặc nhờ áp dụng các vật liệu mới tiên tiến hơn. Thay đổi phương thức chế tạo mỗi cấu phần hoặc cải tiến việc kết hợp các cấu phần cũng có thể đem lại lợi ích. Dưới đây đề cập tới những tiến bộ của 4 công nghệ then chốt nằm trong các TTDĐ và FRID là: - Màn hình; - Bộ nhớ; - Nguồn cung cấp năng lượng; - Cảm biến và anten. 1. Màn hình Có 4 công nghệ màn hình đang nổi lên, thu hút sự quan tâm đặc biệt là: - Màn hình sử dụng điot phát sáng hữu cơ (OLED); - Màn hình sử dụng điot phát sáng polyme (PLED); - Giấy điện tử sử dụng mực điện tử; - Các hệ chiếu video. OLED và PLED có tiềm năng đem lại hiệu quả lớn nhất cho các thiết bị điện toán và TTDĐ. Cả 2 công nghệ đều có ưu điểm là tiêu thụ ít năng lượng. Chúng cũng không cần phải có đèn chiếu sáng phía sau, giúp cho màn hình được chế tạo nhỏ hơn và mỏng hơn, ngoài ra có thể in được lên các chất nền mềm, giúp giảm chi phí sản xuất. a. Màn hình OLED Hiện tại, nghiên cứu nâng cao tính năng và hiệu suất của OLED tập trung vào sử dụng các tạp chất kim loại, hữu cơ để cải thiện hiệu suất lượng tử và hiển thị. Công trình nghiên cứu gần đây cũng xem xét việc kết hợp các dendrimer huỳnh quang hoặc photpho vào OLED để tăng cường chuyển vận điện tích và phát quang. Tháng 5/2008, 11 công ty hàng đầu trong lĩnh vực OLED đã thành lập Hiệp hội OLED, gồm Cambridge Display, Corning, DuPont, Eastman Kodak, eMagin v.v… Nhiệm vụ của Hiệp hội là trao đổi thông tin kỹ thuật, đóng vai trò là nguồn lực cho các nhà đầu tư, xúc tiến tiêu chuẩn hóa, thúc đẩy thị trường. Với ưu thế là có phạm vi kỹ thuật và địa lý rộng lớn, cũng như sự có mặt của cả những doanh nghiệp lớn lẫn doanh nghiệp nhỏ, Hiệp hội sẽ là một cơ sở mạnh để thúc đẩy sự tiến bộ của các ứng dụng OLED. b. Màn hình PLED Màn hình này cũng tương tự như OLED, nhưng khác ở chỗ là có thể chế tạo trên những chất nền lớn, mềm, trên cơ sở sử dụng kỹ thuật in phun. Điều này có thể giúp giảm bớt chi phí sản xuất. Nghiên cứu gần đây cho thấy khả năng kết hợp PLED với tranzito màng mỏng polysilic để tăng độ phân giải (230 điểm/inch), được phun lên chất nền mềm làm từ thép không rỉ. Các nghiên cứu cũng đang tiến hành để phát triển những tiền tố hóa chất thân thiện với môi trường hơn phục vụ cho PLED. Những tiến bộ trong việc nâng cao tính năng, giảm thiểu độc hại liên quan đến quá trình chế tạo, mở rộng phạm vi của các chất nền khả dĩ sẽ giúp cho cả PLED lẫn OLED còn hấp dẫn hơn nữa đối với TTDĐ. Do sự tương tự của 2 công nghệ, một số hãng chuyên về OLED cũng đang phát triển các công nghệ PLED. 5 c. Giấy điện tử sử dụng mực điện tử Đây là một công nghệ màn hình mới nổi lên. Mực điện tử sử dụng nguồn năng lượng rất nhỏ và có thể được in lên rất nhiều loại chất nền khác nhau. Điều này cho phép đối với các màn hình có thể cuộn lại, tạo khả năng có được các màn hiển thị lớn hơn, có thể mở rộng diện tích, thường không thể tạo ra được nếu sử dụng các công nghệ thông thường. Hiện đã có một số thiết bị thương mại đã áp dụng công nghệ mực điện tử. Ví dụ, điện thoại di động W61H của Hitachi cho phép người dùng thay đổi diện mạo bên ngoài của điện thoại bằng cách sử dụng mực điện tử để hiển thị tới 95% số đồ họa được tạo ra từ trước. Đồng hồ Speotrum của Seico sử dụng mực điện tử để hiển thị thời gian. Đồng hồ PHOSPHOR của ArtTech cho phép người dùng chuyển mặt đồng hồ từ trắng trên đen sang đen trên trắng và hiển thị thời gian, dữ liệu hoặc logo. Một nhánh nghiên cứu tích cực tập trung vào vấn đề mô tả đặc trưng các hạt điện tích cho các màn hình sử dụng mực điện tử. Một công trình nghiên cứu khác nhằm phát triển những ứng dụng mực điện tử đối với các hình ảnh màu. Công ty Eink hiện đang là nhà công nghiệp hàng đầu về các công nghệ màn hình mực điện tử. Gần đây, công ty hợp tác với LG Philips LCD triển khai các màn hình mềm 14,3 inch có độ phân giải cao. Công ty cũng tích cực đối tác với các nhà chế tạo điện tử khác trên thế giới, chẳng hạn như Wacom để áp dụng công nghệ màn hình mực điện tử cho TTDĐ. d. Các hệ chiếu video Hệ chiếu video hoặc là được kết hợp vào điện thoại di động, hoặc được dùng làm đèn chiếu phụ trợ. Ba công ty đang đưa ra những cách tiếp cận riêng đối với công nghệ gồm: - Microvision sử dụng laser diot với gương quét vi cơ để tạo hình ảnh; - Texas Instrument sử dụng công nghệ xử lý ánh sáng số (DLP), trong đó các dãy gương chiếu ra hình; - Explay sử dụng kết hợp điot phát quang (LED), điot laser và các dãy vi thấu kính. Một số công nghệ đã được khai phá để cải thiện các dãy vi gương và các cấu phần khác của đèn chiếu, gồm: - LED; - Các nguồn laser đỏ, xanh lam và xanh lục; - Các hệ vi cơ điện (MEM) Trong tương lai, các hệ thống nano cơ điện (NEM) có thể giúp cải thiện tính năng của màn hình chiếu video. 2. Bộ nhớ Những bước tiến nhanh chóng của thiết bị nhớ và lưu trữ dữ liệu đã giúp phổ cập rộng rãi các thiết bị điện toán di động. Nếu vào năm 1998, các thiết bị nhớ flash, chẳng hạn như thường được dùng trong các camera số, có dung lượng nhớ là 256 MB, thì ngày nay, con số đó lên tới 16 giga, tức là tăng gấp 62,5 lần. 6 Ngoài bộ nhớ flash, một số công nghệ đang được triển khai mới nổi lên là: - Bộ nhớ sử dụng ống nano cacbon, hoặc bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dựa vào ống nano (chẳng hạn như NRAM của Nantero); 3. Pin và các thiết bị tích trữ năng lượng Trong số 4 công nghệ cấu phần của TTDĐ, thì pin và các thiết bị tích trữ năng lượng, do đóng vai trò quyết định khoảng thời gian hoạt động trước khi phải xạc lại, nên có tiềm năng lớn nhất để ảnh hưởng tới sự tăng trưởng tương lai của các thiết bị điện toán di động. Mặc dù thập kỷ qua, tốc độ hoàn thiện tính năng của các bộ nguồn điện pin/acquy là không bằng bộ nhớ hoặc mạch tích hợp, nhưng những tiến bộ gần đây trong sử dụng các vật liệu được tạo ra ở cấp nano đã đặt nền móng cho những bước tiến quan trọng trong những năm sắp tới. Đặc biệt, các điện cực được cấu trúc hóa ở cấp nano là một lĩnh vực nghiên cứu cực kỳ sôi động. Một số công trình đang nghiên cứu những hợp chất và cấu trúc khác nhau dùng cho các điện cực của pin lithium-ion được cấu trúc ở cấp nano. Những công nghệ đang nổi có nhiều hứa hẹn nhất: - Các pin màng mỏng; - Siêu tụ điện; - Pin nhiên liệu. a. Pin màng mỏng Những bước tiến gần đây để phát triển các pin cấu trúc ở cấp nano và tạo ra bởi công nghệ nano (CNNN) đã cho phép các nhà nghiên cứu và kỹ sư giảm kích thước của pin ở nhiều phương diện. Một tiến bộ quan trọng là giảm chiều dày. Các pin màng mỏng có một số ưu điểm như sau: - Hợp phần của chúng là vật liệu rắn, chứ không dựa vào các chất ướt. - Chúng có thể hoạt động ở phạm vi nhiệt độ rất rộng. - Tuổi thọ cao. - Có thể được sản xuất theo nhiều khuôn dạng khác nhau. - Giá thành sản xuất tính theo đơn vị diện tích là không đổi. b. Siêu tụ điện (Ultracapicitor) Thường được coi là thiết bị thay thế acquy trên ôtô điện, các siêu tụ điện cũng đang được cân nhắc để dùng cho TTDĐ tương lai. Chúng từ lâu đã trở nên cần thiết cho lĩnh vực này vì có khả năng chịu được va đập và nhiệt độ. Tuy nhiên, những giới hạn trước đây đối với bề mặt điện cực của các siêu tụ điện cho thấy chúng phải có kích thước lớn hơn nhiều để chứa được lượng điện tích như phần lớn các pin thông thường. Công trình nghiên cứu gần đây về sử dụng các ống nano cacbon và những vật liệu cấu trúc cấp nano đã cho phép tạo ra những điện cực có diện tích bề mặt lớn hơn, có năng lực tích điện cao hơn. Hai công ty hàng đầu đang phát triển các siêu tụ điện là Maxwell và EEstor. Năm 1999, Maxwell đã nhận được tài trợ của Chương trình Công nghệ tiên tiến của Mỹ để nghiên cứu nhằm giảm chi phí và nâng tính năng của vật liệu trong siêu tụ điện phục vụ cho ôtô và các 7 thiết bị điện tử. Tháng 7/2006, Chính phủ Trung Quốc cấp chứng chỉ cho các sản phẩm BOOSTCAP của Maxwell để tích trữ năng lượng trên ôtô. Tháng 11/2007, Maxwell đã phát triển được bộ nguồn điện kết hợp cả siêu tụ điện lẫn pin Li-ion. Cho đến nay, đối thủ chủ yếu của Maxwell trong lĩnh vực siêu tụ điện, Eestor, ít tiết lộ thông tin về các kế hoạch thương mại hóa của công ty. Nhưng theo Technology Review, EEstor gần đây đã cấp phép sử dụng siêu tụ điện của công ty cho hãng Lockheed để sử dụng trong mọi thiết bị, từ các cảm biến từ xa cho đến các bộ nguồn di động. c. Pin nhiên liệu Đây là công nghệ đang được khai phá để phục vụ cho TTDĐ. Các công ty hiện đã bắt đầu tiếp thị những pin nhiên liệu có thể được dùng để cấp điện cho các thiết bị điện tử hiện có. Tuy nhiên, tầm nhìn tương lai là chúng sẽ thay thế cho các pin hiện nay ở thiết bị. Các nhà nghiên cứu ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) gần đây đã phát triển những vật liệu mới để tăng lượng điện sản ra của các pin nhiên liệu, khiến chúng trở nên hấp dẫn hơn cho các thiết bị điện tử di động nói chung và TTDĐ nói riêng. Mặc dù công nghệ này có hứa hẹn rất lớn, nhưng để pin nhiên liệu được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử và TTDĐ, cần phải nghiên cứu tiếp tục về kỹ thuật thiết kế và mô tả đặc trưng của chúng và cần tìm ra các giải pháp cho một số thách thức thị trường (ví dụ như cách thức cung cấp nhiên liệu cần thiết cho pin, như ethanol chẳng hạn). Tuy nhiên, một số công ty lớn đang tích cực phát triển và tiếp thị các công nghệ pin nhiên liệu ethanol dùng cho thiết bị điện tử di động. Những công ty này gồm Sony và MTI Micro. Ngoài ra, Samsung đang phát triển pin nhiên liệu cho thiết bị điện tử di động sử dụng nước thay cho ethanol. Samsung cho biết sẽ thương mại hóa loại pin này vào năm 2010. 4. Cảm biến và anten a. Cảm biến Vài năm gần đây, những cảm biến được tạo ra bởi công nghệ vi mô và nano đã thu hút được sự chú ý lớn của cả khu vực hàn lâm lẫn khu vực công nghiệp. Sự chú trọng hiện nay là R&D và thương mại hóa các cảm biến được tạo bởi công nghệ vi mô và nano dùng phát hiện chuyển động, các tác nhân sinh học và hóa chất. Nhiều cảm biến này được ứng dụng trong thiết bị TTDĐ, chẳng hạn như để truyền thông tin về tình trạng sức khoẻ cá nhân và trong các hệ thống FRID, chẳng hạn như để tạo khả năng giám sát được kết mạng. Mặc dù có lo ngại về sự đe dọa tiềm tàng đối với bí mật cá nhân của các mạng cảm biến có mặt ở khắp nơi, nhưng nhiều người cho rằng chúng là phương tiện để tăng cường an ninh và hiệu quả của các chuỗi cung cấp, theo dõi sự xuống cấp của kết cấu hạ tầng (chẳng hạn nhu cầu và nhà máy điện), theo dõi môi trường, sức khoẻ cộng đồng và an toàn. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức đặt ra cho công tác nghiên cứu. Ví dụ, Microsoft gần đây đã xuất bản một tài liệu về sử dụng các điện thoại di động làm khuôn khổ cho mạng cảm biến vô tuyến. Những thách thức đặt ra là làm sao hiện hữu được dữ liệu của các cảm biến và tìm ra phương thức tối ưu để lưu trữ những dữ liệu đó, để chúng có thể hiện hữu cho các dịch vụ và ứng dụng khác. 8 b. Anten Nhiều công trình lớn đã và đang được thực hiện trong thiết kế anten cho TTDĐ. Một thách thức đặc biệt khó khăn đặt ra cho các điện thoại tế bào và các thiết bị TTDĐ khác hiện nay là phạm vi của anten cần cho truyền thông ở nhiều cấu phần của phổ điện từ được dùng cho các giao thức truyền thông khác nhau. Mỗi giao thức này đều có những yêu cầu riêng về phần cứng và phền mềm. Nghiên cứu gần đây đã xem xét việc sử dụng các ống nano cacbon, kết hợp với sự phát triển của các radio có khả năng lập trình bằng phần mềm để tạo ra các anten hoặc bộ lọc năng động, có khả năng lập trình, hoạt động được ở nhiều dải tần số rộng hơn so với những anten thông thường. Một anten và bộ lọc có khả năng lập trình đầy đủ sẽ thay thế cho nhiều cấu phần của điện thoại tế bào, cho phép có được những thiết bị TTDĐ linh hoạt hơn và nhỏ hơn. Các nghiên cứu cũng theo đuổi những cách tiếp cận và hệ thống vật liệu khác để tiếp tục nâng cao năng lực của TTDĐ. Ví dụ, những phát kiến về radio được xác định bằng phần mềm (software-defined Radio) cho TTDĐ cho phép nhận được những thiết bị TTDĐ linh hoạt hơn, có khả năng thích nghi cao hơn và nhiều khả năng hơn. 5. Mạch tích hợp Sự phổ cập đáng kinh ngạc của điện thoại di động và sự tăng trưởng nhanh chóng của thị trường TTDĐ vài năm gần đây đã thu hút sự chú ý của nhiều công ty hàng đầu trong ngành bán dẫn và mạch tích hợp. Các nhà khoa học và kỹ sư đã bắt đầu theo đuổi những phương pháp nâng cao hiệu năng tổng thể của các mạch tích hợp dùng cho thiết bị TTDĐ. Mục tiêu đặt ra là nâng cao năng lực và khả năng tính toán của con chip, đồng thời giảm thiểu năng lượng tiêu thụ của chúng. Lập đối tác với Texas Instruments, các nhà nghiên cứu ở MIT gần đây đã phát triển được những mạch tích hợp dùng cho TTDĐ với hiệu suất cao gấp 10 lần so với những con chip hiện được dùng. Do tầm quan trọng của vấn đề tiêu thụ ít điện năng và quản lý năng lượng hiệu quả đối với những thiết bị TTDĐ tương lai, những công ty hàng đầu khác, chẳng hạn như Intel và NXP Semiconductor cũng đang ra sức nghiên cứu để nâng cao hiệu năng mạch tích hợp. Một cách tiếp cận là vận dụng những tiến bộ liên quan đến việc chuyển sang các kỹ thuật xử lý 65 nanomet để giảm các dòng điện dò. Một cách tiếp cận nữa là tìm ra các kiến trúc mới để cải thiện hoạt động ở mức điện năng thấp. Nhiều nghiên cứu cần thiết trong lĩnh vực này đã được nêu rõ trong bản “Lộ trình công nghệ quốc tế đối với vật liệu bán dẫn (ITRS)”. Lộ trình này là một tài nguyên quan trọng cho các ngành và các trường đại học tham gia vào R&D và thiết kế mạch tích hợp trong thập kỷ qua. Nó khai phá những vấn đề và xu hướng quan trọng trong công nghệ bán dẫn và nhận dạng những giải pháp tiềm năng để ứng phó với những trở ngại đang nổi lên. Một phần mục tiêu của ITRS là thúc đẩy hợp tác quốc tế giữa những tổ chức liên quan đến ngành bán dẫn, làm sao để "nguồn vốn tài chính cho các công nghệ tiền cạnh tranh được 9 chia sẻ bình đẳng trong toàn ngành". Từ năm 2003, ITRS đã đưa vào một chương riêng đề cập đến sự phát triển công nghệ TTDĐ. Theo ITRS, những xu hướng tương lai của TTDĐ đòi hỏi phải dịch chuyển sang các cấu trúc mới để tiếp tục nâng cao mật độ và tính năng của mạch tích hợp. Ví dụ, mạch tích hợp cổng kép (Dual-gate) và mạch silic trên điện môi (Silicon-on-insulator). Nhu cầu gia tăng đối với các bộ khuếch đại công suất dùng cho điện thoại di động là một lĩnh vực quan trọng nữa cần được nghiên cứu. Những bộ khuếch đại này trong tương lai sẽ phải đáp ứng đặc tính tuyến tính nghiêm ngặt ở những phạm vi ngày càng mở rộng của giao thức truyền thông mà không làm tăng đáng kể về phí tổn. 6. Các hệ thống FRID Các hệ thống FRID thường gồm 2 cấu phần: bộ đọc FRID và thẻ FRID. Bộ đọc cho phép người dùng thẩm vấn hệ thống, còn thẻ FRID lưu trữ dữ liệu sẽ được đọc. Thoạt đầu, FRID được coi như một phương tiện thay thế mã vạch trong hậu cần và kiểm soát vật tư. Nhưng ngày nay, với sự tiến bộ của các công nghệ, đặc biệt là sự hoàn thiện của các mạch tích hợp và các bộ nhớ và sự tiến bộ của các cảm biến nhờ CNNN và vi mô, các thẻ FRID cung cấp nhiều thông tin hơn rất nhiều chứ không chỉ phục vụ cho lĩnh vực hậu cần. Hiện nay, chúng có thể cung cấp dữ liệu chẩn đoán, chẳng hạn như nhiệt độ hoặc độ ẩm của vật chứa, những thay đổi các điều kiện theo thời gian, tốc độ tăng tốc hoặc giảm tốc và thậm chí cả dữ liệu y học cá nhân. Chúng cũng có thể cung cấp thông tin về các giao dịch - ví dụ như địa điểm và tình trạng transit. Khi những thẻ FRID được tích hợp thường nhật vào các thiết bị thương mại, đồng thời sự kết hợp của các cấu phần cảm biến, bộ nhớ, năng lực xử lý và các công cụ truyền thông linh hoạt làm cho chúng trở nên tinh xảo hơn, thì các thiết bị TTDĐ sẽ ngày càng tích hợp những công cụ để đọc, xử lý, chia sẻ và ứng dụng những thông tin này. Theo truyền thống, các bộ đọc FRID được coi là nút cố định ở trong hệ thống. Một thẻ FRID được gắn vào một đối tượng nào đó phải đi qua phạm vi kiểm soát của đầu đọc FRID để đọc và download thông tin. Đầu đọc FRID được trang bị những năng lực truyền thông hữu tuyến để cho phép chia sẻ, lưu trữ và tìm kiếm thông tin. Nhưng những xu hướng gần đây của các thiết bị TTDĐ và kết mạng vô tuyến đã đưa lại sự chuyển dịch từ các đầu đọc cố định sang các đầu đọc di động (M-FRID). Một số nhà chế tạo hiện đã kết hợp các đầu đọc FRID vào thiết bị TTDĐ. Ví dụ, năm 2004, Nokia bắt đầu tiếp thị bộ M-FRID cho điện thoại di động 5140. Philips, Samsung và các hãng khác cũng đang theo đuổi việc kết hợp các đầu đọc FRID trực tiếp vào thiết bị TTDĐ. Một số thiết bị đã cung cấp các dịch vụ tổng hợp của M-FRID, định vị địa lý, cảm biến, trao đổi dữ liệu và tìm dữ liệu. II. CÔNG NGHỆ SINH HỌC CNSH đang trở thành một bộ phận cấu thành của đời sống hàng ngày trong xã hội đương đại, được sử dụng ngày càng nhiều trong công tác chăm sóc sức khoẻ, sản xuất lương thực và hỗ trợ các ngành nông, lâm, thuỷ sản. Nhưng mối liên quan xã hội của nó còn sâu sắc 10 hơn. Vì CNSH có quan hệ với các quá trình cơ bản của sự sống và là một loạt các công cụ có những tiềm năng to lớn nên nó thường động chạm đến những giá trị cốt lõi, có ý nghĩa đối với nhân loại và thế giới. Một số vấn đề chung trong CNSH là: - Lượng thông tin sinh học nhận được ngày càng gia tăng Những bước tiến gần đây của công nghệ đã giúp tạo ra một loạt công cụ để tiếp cận được với các nguồn thông tin sinh học ngày càng phong phú. Thành quả thu được từ những công cụ đó hiện đã hiện hữu, chẳng hạn như bản đồ hệ gen Người. Những nỗ lực trong lĩnh vực Hệ gen chức năng (Proteomics) đã giúp theo dõi được trực tiếp rất nhiều phản ứng hoá học diễn ra trong cơ thể sống- đây mới chỉ là bước khởi đầu cho một quá trình phát triển có triển vọng sẽ diễn ra với tốc độ hết sức nhanh và có phạm vi rộng. Những tiến bộ hiện nay trong vi mạng cảm biến axit nucleic và nhiều loại protein đem lại khả năng thực hiện nhiều thử nghiệm cùng một lúc ở trên một mẫu thử, tạo ra những lượng dữ liệu lớn một cách nhanh hơn và rẻ hơn. Những thiết bị cảm biến nối mạng để phát hiện enzym, kháng nguyên, kháng thể, axit nucleic cũng có mặt trên các chip không chỉ chứa các cấu phần sinh học mà còn cả mạch tích hợp để ghi lại các kết quả phân tích. Các chức năng như vậy sẽ được kết hợp ngày càng nhiều với các công nghệ y tế, giúp có được các cảm biến kích thước nhỏ và có thể cấy ghép vào cơ thể để thu nhận những thông tin sinh học chi tiết của mỗi cá nhân. Những tiến bộ công nghệ không có liên quan trực tiếp với sinh học cũng góp phần để có được lượng thông tin sinh học ngày càng tăng. Ví dụ, những hoàn thiện trong một phạm vi rất rộng các mạch điện tử và công nghệ thông tin của công nghệ chụp ảnh y học. Các công nghệ chụp ảnh y học hiện nay giúp các bác sỹ trực tiếp quan sát được bệnh tật và thương tổn mà không cần phải can thiệp bằng giải phẫu. Ngoài ra, những cải tiến đối với thiết bị hiện thị và kiểm soát thông tin, chẳng hạn như những màn hình âm thanh- hình ảnh 3 chiều để quan sát các bộ phận cơ thể và các mối tương tác của thuốc, tạo điều kiện tốt cho việc chẩn đoán, ra quyết định và điều trị. - Ứng dụng thông tin sinh học Những công nghệ này phát triển sẽ càng tạo khả năng để tiến hành công tác y tế phù hợp với từng cá nhân, với những liệu pháp được thực hiện phù hợp với tình trạng bệnh tật của người bệnh. Các bước tiến trong phương pháp lập chuỗi nhanh và tiến hành song song sẽ giúp nhận được thông tin hệ gen của từng người với giá ngày càng rẻ. Dữ liệu và công nghệ lập chuỗi gen cũng đã bắt đầu đem lại thành quả trong việc giúp hiểu được những khác biệt mà những bệnh nhân khác nhau phản ứng với thuốc, chẳng hạn như lý do vì sao có một số bệnh nhân ung thư phổi lại phản ứng với một phương pháp hoá trị liệu nào đó, trong khi những bệnh nhân khác lại không phản ứng. Sự khác biệt về gen trong số những bệnh nhân ung thư khác nhau cũng được sử dụng để dự đoán sự lây lan của bệnh tật. Kỹ thuật chụp ảnh y học cũng được dùng để cho thấy vì sao một số loài dược phẩm lại có tác dụng tới hoạt động của bộ não ở một số người này tốt hơn ở một số người khác. Những phát hiện như vậy có thể được ứng dụng trực tiếp cho từng bệnh nhân trong việc lựa chọn loại thuốc và liệu pháp phù hợp. [...]... trọng trong các quy trình chế tạo tự động hoá công nghiệp và các xí nghiệp trong tương lai Các hệ thống này đang thu hút được sự quan tâm ngày càng tăng của các ngành công nghiệp và đang được ứng dụng vào toàn bộ phạm vi của các hoạt động chế tạo để tạo được sức cạnh tranh toàn cầu Giá trị và tác động của các công nghệ IS còn to lớn hơn so với các cuộc cách mạng công nghiệp trước đây, góp phần đưa lại kỷ... mau lẹ Nói cách khác, công ty có thể sử dụng năng lực thiết kế ở thực tế ảo, sau đó chuyển việc chế tạo sản phẩm cho các đối tác ở ngoài, như vậy giúp giảm được vốn đầu tư và rủi ro Năng lực này là sự phối kết năng với cuộc cách mạng thông tin theo nghĩa: đó là một nhân tố nữa giúp cho việc toàn cầu hoá năng lực chế tạo và tạo điều kiện cho các tổ chức ít vốn có thể có được ảnh hưởng công nghệ quan... cục sẽ thách thức đối với các cách tiếp cận dùng phép in lito và chế tạo cấp phân tử Bởi vậy ở một giai đoạn nào đó sau 2020, nó có thể sẽ quyết định đến phương pháp chế tạo Ví dụ, sau 10 hoặc 20 năm nữa, phương pháp này có thể sẽ đặt dấu chấm hết cho phép in lito đã từng tạo nên cuộc cách mạng của vật liệu bán dẫn 3.4 Phương pháp tạo nguyên mẫu nhanh 3.4.1 Công nghệ Cách tiếp cận này kết hợp phương... ngành công nghiệp xử lý chế biến) Ngành công nghiệp xử lý chế biến trên thế giới đã tận dụng được cơ hội phát triển công nghệ mới trong lĩnh vực tự động hóa quá trình nhằm phục vụ cho sự phát triển của mình Trong ngành công nghiệp hóa chất, chúng ta thấy rằng trong cơ cấu giá thành sản phẩm thì chi phí nhân công chỉ chiếm khoảng 10% so với 34% chi phí về vật liệu, năng lượng, và hiển nhiên là công nghệ. .. của công nghệ phần mềm Microsoft, nhất là trong công nghệ tự động hóa Nó mang lại khả năng chia sẻ thông tin giữa nhiều ứng dụng khác nhau Tính tích hợp của hệ thống làm gia tăng đáng kể thông tin trong toàn bộ bộ máy quản lý và vận hành sản xuất 4.2 Xu hướng phát triển CAD/CAM CAD (Thiết kế được hỗ trợ máy tính) và CAM (Chế tạo được hỗ trợ máy tính) là 2 công nghệ ứng dụng máy tính vào ngành công. .. trọng trong ngành hải sản toàn cầu 20 Các nghiên cứu vẫn còn trong giai đoạn thực hiện ở phòng thí nghiệm đang tập trung vào nâng cao khả năng chịu đựng khí hậu, khả năng đề kháng và tốc độ tăng trưởng của một số loài cá/hải sản 2.3 Công nghệ sinh học công nghiệp 3 lĩnh vực chủ yếu trong sản xuất sản phẩm công nghiệp dựa vào CNSH, bao gồm: * Sản xuất nguyên liệu sinh khối; * Công nghệ xử lý sinh học; *... dùng IST6: Các công nghệ lập mô hình và mô phỏng, bao gồm CAD/CAM/CAE, lập mô hình toán học và ký hiệu, tối ưu hoá IST7: Các công nghệ cộng tác và phối hợp, bao gồm các công nghệ dựa vào Internet và Web, các hệ thống hợp tác phân tán, phần nhóm (Groupware), kỹ thuật và các môi trường hợp tác Thông thường, để ứng dụng IS vào ngành chế tạo cần phải có sự kết hợp của những kỹ thuật /công nghệ nói trên Việc... trọng trong ngành công nghiệp xử lý chế biến nhằm đạt được những mục tiêu đã đề ra Ngành công nghiệp hóa dầu (khai thác dầu khí và lọc dầu) là một ngành công nghiệp lớn nhất thế giới Giá vật tư đầu vào và giá dầu tăng cao đã thúc đẩy các công ty hóa dầu tối ưu hóa quá trình công nghệ và tăng quá trình tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế Cả hai yếu tố phát triển này đều dẫn đến nhu cầu gia tăng về tự... của khách hàng) Những bộ phận doanh nghiệp có thể năng động bố trí ở những nơi có hiệu quả nhất, toàn bộ được nối mạng ở quy mô toàn cầu Sự gia tăng loại hình doanh nghiệp này sẽ làm mạnh thêm quá trình toàn cầu hoá hoạt động kinh doanh 3.5 Một số ứng dụng của các vật liệu mới 3.5.1 Vật liệu mới Tới năm 2020, việc nghiên cứu vật liệu có thể sẽ giúp hoàn thiện các tính chất ở một số lĩnh vực bổ sung,... nơron, dựa trên các khung mẫu mạng nơron và toán học nơron Cách tiếp cận mạng nơron có liên quan đến triển vọng phát triển phần trí não (Brainware) Sự phát triển của các mô hình mạng nơron nhân tạo khác nhau sẽ đưa đến việc tạo ra các hệ thống TTNT thực sự, có biểu hiện các tính chất nhận thức đặc trưng của con người Một cách tiếp cận khác để tạo ra các hệ TTNT và công nghệ trí tuệ có thể là dựa trên . KH&CN Quốc gia xuất bản Tổng luận ”CUỘC CÁCH MẠNG CÔNG NGHỆ TOÀN CẦU 2020 , bao hàm dự báo xu hướng phát triển tới năm 2020 các ngành khoa học và công nghệ trọng điểm nói trên. Xin trân trọng. công nghệ sinh học (CNSH), công nghệ thông tin và truyền thông (CNTT&TT), công nghệ nano (CNNN) đang hứa hẹn mang lại những thành tựu to lớn phục vụ trực tiếp đời sống của nhân loại. Cách. FRID đều bao gồm nhiều cấu phần công nghệ khác nhau. Ở mỗi cấu phần công nghệ, tính năng hoặc chức năng của nó có thể được tăng cường bằng 4 cách hoàn thiện công nghệ chế biến các vật liệu hiện