Bức tranh công nghệ thế giới 2009 và xu hướng những năm tới

BỨC TRANH CÔNG NGHỆ THẾ GIỚI 2009 VÀ XU HƯỚNG NHỮNG NĂM TỚI I. NHỮNG THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU-PHÁT TRIỂN NỔI BẬT NĂM 2009 1. CÔNG NGHỆ SINH HỌC Hệ gen đã thực sự có công dụng đối với cá nhân Năm 2009 có thể được coi là một bước ngoặt đối với hệ gen cá nhân, khi việc thử nghiệm gen rộng rãi phục vụ nhu cầu của từng cá nhân kết cục đã nằm trong tầm tay. Hai nhà đi tiên phong về hệ gen-James Watson, người đồng phát minh ra cấu trúc ADN, và Craig Venter, người đi tiên phong trong những nỗ lực của khu vực tư nhân để lập thứ tự hệ gen-đã xuất bản chuỗi thứ tự gen của mình, đồng thời tiết lộ những rủi ro bệnh tật có thể họ sẽ gặ Và, lợi dụng ưu thế của sự bùng nổ dữ liệu hệ gen người, một số công ty đã mở ra những dịch vụ thử nghiệm gen trực tiếp cho khách hàng để phân tích rủi ro mắc bệnh của từng người đối với một loạt những bệnh, như Alzheimer, tiểu đường và ung thư. (“Your Future, on a Chip" và "Your Personal Genome"). Trong khi đó, những người chỉ trích phát biểu rằng vẫn còn phải chờ xem liệu những phép thử nghiệm đó có hữu ích trong việc ngăn ngừa bệnh tật hay không. Bởi vậy, với giá gần 1.000USD/phép phân tích 1 triệu biến thể gen, và 350.000 để lập toàn bộ thứ tự gen, xem ra cũng đáng chờ đợi trước khi quyết định chi tiền ra thử nghiệm. Khám phá thế giới vi khuẩn Năm 2007, các nhà khoa học cho biết thế giới vi khuẩn đã trở nên quen thuộc hơn, nhờ các công nghệ lập thứ tự gen cho phép phân tích được toàn bộ những cộng đồng vi sinh vật này-một cách tiếp cận đã được biết với tên gọi là các siêu hệ gen (Metagenomics). Trong quy trình đó, họ đã khám phá ra cả một thế giới hệ gen đa dạng, có thể đem ứng dụng vào mọi việc, từ sản xuất năng lượng tái tạo tới dược phẩm. Ví dụ, những enzyme tìm thấy ở những vi khuẩn trú ngụ trong ruột mối có thể tạo cảm hứng để tìm ra những phương pháp điều chế cellulosic ethanol hiệu quả hơn. ("Termite Guts Could Boost Ethanol Efficiency"). Những “cư dân” vi khuẩn trú ngụ trong cơ thể chúng ta đang nhận được sự quan tâm đặc biệt-đó là một bộ phận nằm trong Human Microbiome Project-một Dự án khổng lồ được Viện Y học quốc gia Mỹ tài trợ để nghiên cứu về những vi khuẩn sống trong cơ thể người và đóng vai trò cốt tử trong chức năng miễn dịch và dinh dưỡng. ("Our Microbial Menagerie" và "The Next Human Genome Project: Our Microbes"). Thu hoạch tế bào gốc không cần phôi Năm 2009, lĩnh vực nghiên cứu tế bào gốc lấy từ phôi, đặc biệt là nhân bản liệu pháp, đã bị chững lại, do vẫn bị hạn chế về kinh phí, những vấn đề liên quan đến kỹ thuật và đạo đức. Ví dụ, nhà khoa học và nhà nhân bản vô địch ở Harvard, Kevin Eggan, gần 2 năm trước đã được phép tiến hành thử nghiệm nhân bản người, nhưng đến nay vẫn chưa bắt đầu do không nhận được trứng của những người tình nguyện ("Human Therapeutic Cloning at a Standstill"). Tuy nhiên, tháng 11 vừa qua, những nhà khoa học ở Wisconsin và Nhật đã tuyên bố một phương án thay thế tiềm năng đầy phấn khởi-một phương pháp tương đối dễ để tái lập trình những tế bào lớn tuổi để chúng có hành vi giống những tế bào gốc phôi mà không cần đến phôi hoặc trứng. ("Stem Cells without the Embryos"). Việc tiếp theo cần làm là xác định những tính chất chính xác của chúng và xem mức độ an toàn khi sử dụng chúng ở người. Một bước nhảy vọt để điều trị não hư hỏng Những thương bệnh binh trở về từ chiến trường Iraq đã đem lại sự chú trọng mới cho việc chữa trị tổn thương não. Nhờ kỹ thuật y tế tốt hơn, những bệnh nhân bị thương nặng ở đầu có nhiều hy vọng sống sót hơn. Nhưng họ có thể phải hứng chịu hậu quả nặng nề về nhận thức, hạn chế khả năng sống và làm việc bình thường. Nicholas Schiff, nhà thần kinh học ở trường Y khoa Weill Cornell, New York, đã đem đến hy vọng mới cho những gia đình của những nạn nhân phần lớn bị lãng quên này. Ông đã phát hiện ra rằng kích thích sâu vào não bộ-một kỹ thuật được dùng để điều trị bệnh Parkinson, trong đó dòng điện được đưa vào những bộ phận đặc thù của não, có thể giúp những bệnh nhân đó phản ứng tốt hơn với môi trường xung quanh. ("Raising Consciousness" và "Jump- Starting the Damaged Brain"). Sự khác biệt gen của mọi người Mọi người có những khác biệt nhau về gen nhiều hơn là trước đây vẫn tưởng. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng những đoạn ADN lớn có thể được nhân sao, xóa bỏ hoặc chuyển vị và có thể đóng vai trò trong bệnh tật. ("Deciphering Human Differences"). Ngoài ra, một số công trình đang sử dụng những mạng gen có khả năng quét toàn bộ hệ gen để tìm những đa biến hình nucleotide đơn lẻ, nhờ đó nhận dạng được những khác biệt đặc thù liên quan tới những bệnh như tiểu đường, bệnh Crohn và bệnh tim. ("Genes for Several Common Diseases Found"). 2. Y SINH HỌC Chúng ta có thể nhìn lại năm 2009 như một năm mà kỹ thuật lập thứ tự hệ gen người kết cục đã trở nên thông dụng tới mức đủ sức để đem lại những thông tin y học hữu ích ("A Turning Point for Personal Genomes"). Số lượng những hệ gen đã được lập thứ tự hoặc được công đố đã tăng từ con số 2-3 lên khoảng 9 hệ, ngoài ra còn có khoảng 40 hệ đã lập nhưng chưa công bố. Ở một vài trường hợp, các nhà khoa học hiện đã phát hiện ra căn nguyên gen của bệnh bằng cách lập thứ tự hệ gen của người mắc. Các nhà khoa học cũng đã lập thứ tự hệ gen của một số bệnh nhân ung thư để so sánh với hệ gen của những bệnh nhân bình thường, hy vọng tìm ra những sai sót gen có thể làm cho các tế bào trở thàng ung thư hoặc di căn ("Sequencing Tumors to Target Treatment"). Những kết quả nhận được cho thấy là ngay cả những khối u bậc thấp hoặc trung bình cũng có thể khác biệt về gen, đưa lại khó khăn cho những dược phẩm nhằm mục tiêu ở cấp phân tử. Điều đó nói lên nhu cầu phải phát triển những chiến lược mới trong việc tìm dược phẩm và liệu pháp điều trị ung thư. Năm 2009 đem lại nhiều tin tốt lành hơn cho những con chuột già, và có thể cũng cho con người nữa, vì các nhà khoa học lần đầu tiên đã nhận dạng được loại dược chất có khả năng tăng cường tuổi thọ của loài động vật có vú ("First Drug Shown to Extend Lifespan in Mammals"). Đã phát hiện được rằng Rapamycin, loại dược liệu hiện được sử dụng để ngăn ngừa sự đào thải các bộ phận cấy ghép, còn có công dụng tăng 9 - 13% tuổi thọ thậm chí khi dùng cho những con chuột tương đương với 60 năm tuổi. Trước đây, chỉ có kỹ thuật gen và dùng thức ăn ít calo là những phương pháp duy nhất được chứng minh là có thể làm tăng tuổi thọ của loài có vú ("A Clue to Living Longer"). Do tác dụng ức chế miễn dịch mạnh, nên dược liệu trên không được phép sử dụng cho người. Nhưng các nhà nghiên cứu hiện đã phát hiện được rằng tác dụng phá vỡ đường phát tín hiệu của loại dược phẩm trên có thể được ứng dụng để làm tăng tuổi thọ ("Genetic Fountain of Youth"). Những con chuột có protein liên quan bị tàn tật đã thể hiện những kỹ năng vận động siêu việt, bộ xương chắc khỏe hơn và nhạy cảm với insulin hơn khi chúng đạt tới tuổi trung niên. Những con chuột cái sống lâu hơn khoảng 20% so với những con chuột không được thay đổi. Trong khi những con đực, mặc dù khoẻ mạnh, nhưng vẫn không có tuổi thọ cao hơn. (Vậy mà, biện pháp hạn chế calo đã tăng tuổi thọ lên gần 50%). Nay, các nhà khoa học đang tìm cách phát triển những dược chất nhằm vào đường phát tín hiệu này, vốn trước đây được coi là có công dụng như một loại số đo về lượng thức ăn có sẵn trong môi trường. Sự phát sinh của chủng cúm mới, H1N1 vào tháng 4/2009 đã làm tăng mối quan tâm tới những cách tiếp cận mới để chế tạo vaccine ("New Vaccines for Swine Flu"). Lần đầu tiên trong thời gian diễn ra dịch bệnh, các công ty dược phẩm đã có khả năng sử dụng những phương pháp sản xuất dựa vào tế bào để tạo ra vaccine chống virus nhanh hơn, bên cạnh phương pháp dựa vào trứng truyền thống. (Vẫn chưa có phương pháp nào trong số này được chuẩn y sử dụng ở Mỹ - vaccine hiện có đã được sản xuất ở trong trứng.) Tháng 11/2009, Ban cố vấn của Cục Dược-Thực phẩm Mỹ đã tuyên bố rằng phương pháp mới để sản xuất vaccine chống cúm ở các tế bào côn trùng, mặc dù là hiệu quả, nhưng cần tiến hành những thử nghiệm về độ an toàn nhiều hơn nữa mới có thể được chuẩn y ("Caterpillar Flu Vaccine Delayed"). Vaccine này, được phát triển bởi Protein Sciences, có trụ sở ở Meriden, CT, sử dụng protein đơn từ virus để gây miễn dịch, chứ không sử dụng những phiên bản virus đã chết hoặc bị làm yếu. Hai công ty khác đã bắt đầu thử nghiệm lâm sàng những vaccine cúm được chế từ những phần tử giống virus-những vỏ protein nom giống hệt virus nhưng lại không chứa ADN virus ("Delivering a Virus Imposter Quicker"). Một cách tiếp cận mới, được thử nghiệm bởi các nhà khoa học Thụy Sĩ đầu năm 2009, đã cho phép các nhà phẫu thuật đốt những đoạn mô não nhỏ mà không cần thực hiện đại phẫu, trên cơ sở sử dụng những sóng âm chuyên dụng ("Brain Surgery Using Sound Waves"). Họ đã sử dụng công nghệ được phát triển bởi InSightec, một công ty siêu âm có trụ sở ở Israel. Công nghệ đó sử dụng siêu âm hội tụ cường độ cao (HIFU) để phóng vào mục tiêu trong não. (HIFU khác với những siêu âm được dùng để chẩn đoán, chẳng hạn như để soi ảnh bào thai, và trước đây đã từng được sử dụng để khử u xơ tử cung). Những chùm tia phát ra từ một mạng chứa hơn 1000 bộ biến năng hội tụ lại xuyên qua vỏ não để tập trung vào đoạn mô bệnh cực nhỏ, gia nhiệt và phá huỷ nó. Trong công trình này, 9 bệnh nhân bị mắc bệnh đau đầu kinh niên cho biết họ khỏi đau ngay lập tức sau khi áp dụng liệu pháp. Các nhà khoa học cũng hy vọng sẽ vận dụng những công nghệ đã được phát triển đối với HIFU để biến đổi những hoạt động của não, trên cơ sở sử dụng siêu âm hội tụ cường độ thấp để kích hoạt những tế bào thần kinh ("Targeting the Brain with Sound Waves"). Có thể đến một ngày nào đó, công nghệ này sẽ cung cấp phương pháp kích thích sâu vào bộ não mà ít xâm hại hơn. Phương pháp này, trong đó những điện cực cấy ghép vào não bằng phẫu thuật kích thích những bộ phận đặc thù, ngày càng được áp dụng nhiều hơn để chữa trị bệnh Parkinson và những trục trặc thần kinh khác. Cũng trong một công trình lần đầu tiên đối với bộ não, các nhà khoa học trong năm nay đã phát hiện ra rằng IQ của chúng ta phần lớn là được quyết định bởi chất trắng-là lớp chất béo ngăn cách bao phủ quanh dây thần kinh của não bộ ("Brain Images Reveal the Secret to Higher IQ"). Bằng cách sử dụng một kỹ thuật chụp ảnh não, gọi là kỹ thuật chụp tensor khuếch tán, các nhà khoa học đã phân tích mạng thần kinh của 92 cặp anh em sinh đôi và giống nhau và đã phát hiện ra mối liên quan chặt chẽ giữa chất trắng với điểm số đạt được ở các cuộc thử nghiệm IQ. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng chất trắng của một người phần lớn là được quyết định bởi di truyền. Hiện họ đang tìm kiếm những biến thể gen liên quan. Bài báo đăng trong Technology Review tháng 11/2009 cung cấp thêm thông tin về bí mật của trí thông minh, theo đó nó được quyết định bởi chức năng và hiệu quả của mạng thần kinh trong bộ não, chứ không phải số lượng neuron hoặc kích thước của bất kỳ vùng nào của não ("Intelligence Explained"). 3. NĂNG LƯỢNG Do nhiều công ty năng lượng tái tạo (NLTT) đang phải đối mặt với thời kỳ tài chính khó khăn ("Weeding Out Solar Companies"), nên rất nhiều thành tích nổi bật của năm 2009 là xuất phát từ Washington, DC, với những khoản tài trợ khổng lồ của Liên bang để kích hoạt đổi mới trong lĩnh vực ắc quy và NLTT và những Chương trình chẳng hạn như Energy Frontier Research Centers và Advanced Research Projects Agency- Energy ("A Year of Stimulus for High Tech"). Nhưng vẫn có vô số hoạt động nằm bên ngoài phạm vi đó, cả ở Mỹ lẫn trên khắp thế giới. Một trong những phát triển ngoạn mục nhất ("Natural Gas Changes the Energy Map") là cuộc chạy đua để khai thác nguồn tài nguyên mới khổng lồ: Những công nghệ/kỹ thuật khoan mới đã tạo khả năng thu hồi khí tự nhiên đạt hiệu quả về kinh tế từ những mỏ đá phiến nằm rải rác trên khắp nước Mỹ như Texas, New York, Pennsylvania, và Ohio. Những tiến bộ của công nghệ khoan đã làm tăng lượng khí tự nhiên có thể khai thác lên 39%, theo con số ước tính của một công trình nghiên cứu được công bố tháng 6/2009. Loại nhiên liệu tương đối sạch này có thể giúp cắt giảm lượng phát thải khí nhà kính nhờ thay thế than đốt ở các nhà máy nhiệt điện. Thậm chí, khí tự nhiên có thể đem lại phương án thay thế xăng dầu trong giao thông vận tải, đặc biệt là để chạy xe bus và taxi-chỉ cần các nhà hoạch định chính sách biết tận dụng ưu thế của cơ hội mới này. Đồng thời, cũng có một số công nghệ hứa hẹn giảm bớt khí phát thải của nhà máy nhiệt điện dùng than. Bằng cách thu hồi nhiệt mặt trời để cung cấp thêm cho nhà máy điện có thể ngay lập tức giúp tăng được sản lượng điện của nhà máy với cùng một lượng than cho trước và giảm được giá thành điện mặt trời ("Mixing Solar with Coal to Cut Costs"). Và, công nghệ thu giữ carbon dioxide ("Scrubbing CO2 Cheaply") và tàng trữ ("An Ocean Trap for Carbon Dioxide") kết cục đang nổi lên từ phòng thí nghiệm và những Dự án quy mô nhỏ, trở thành những cuộc trình diễn lớn hơn tại các nhà máy điện, mặc dù các nhà nghiên cứu vẫn đang khai phá tiếp tục những kỹ thuật thu giữ carbon có tiềm năng rẻ hơn ("Using Rust to Capture CO2 from Coal Plants"). Năm 2009 cũng là năm của lưới điện thông minh, khi một số công trình thử nghiệm để cải thiện độ tin cậy của lưới điện và tạo khả năng sử dụng một khối lượng điện khổng lồ từ những nguồn NLTT đã được khởi động ("Technology Overview: Intelligent Electricity"). Và lưới điện thông minh sẽ được tăng cường nhờ những tiến bộ then chốt, chẳng hạn như những vật liệu siêu dẫn phục vụ đường dây tải điện cao năng (high-energy transmission line) ("Superconductors to Wire a Smarter Grid") và những mạng lưới thông minh đã và đang được phát triển bởi những công ty, chẳng hạn như GE ("Q&A: Mark Little, Head of GE Global Research"). Cellulosic ethanol-được điều chế từ sinh khối, chẳng hạn như cỏ chứ không từ ngô hạt-đã gần đạt tới mức thương mại hóa, với sự khai trương của nhà máy trình diễn ("Commercializing Garbage to Ethanol") và những phát minh đột phá hứa hẹn sẽ giúp quy trình trở nên rẻ hơn ("Cellulosic Ethanol on the Cheap"). Nhưng đồng thời, một số công ty đang tiến xa hơn mục tiêu cellulosic ethanol để sản xuất xăng, diesel, và nhiên liệu động cơ phản lực-là những nhiên liệu gần như có thể sử dụng ngay cho kết cấu hạ tầng và những xe cộ hiện có. Exxon-Mobil đã thông báo về những đầu tư đáng kể vào nghiên cứu và sản xuất nhiên liệu sản xuất từ tảo ("Big Oil Turns to Algae"). Đặc biệt, một công ty startup đã công bố rằng quy trình của mình-dựa vào thành tựu nghiên cứu hệ gen tổng hợp và tảo-có thể cho phép dùng nhiên liệu sinh học thay thế tất cả các loại nhiên liệu trong giao thông vận tải mà không sử dụng quá nhiều đất đai canh tác ("A Biofuel Process to Replace All Fossil Fuels"). Tuy nhiên, phần lớn mọi người vẫn cho rằng nhiên liệu sinh học sẽ chỉ đáp ứng một phần nhu cầu nhiên liệu dùng trong giao thông vận tải ("Briefing: Transportation"). Để giảm thiểu khí thải carbon và giảm căn bản việc tiêu thụ xăng cần phải có những ôtô kết hợp được đấu vào lưới điện (plug-in hybrids) ("Driving the Volt") và các loại ôtô chạy bằng điện năng khác ("Nissan's Leaf: Charged with Information"). Những tiến bộ nào có khả năng tăng được gấp đôi (hoặc hơn) lượng điện dung của các ắc quy và giảm bớt giá thành của chúng có thể sẽ đẩy nhanh thời điểm mà những loại ô tô như vậy được đại bộ phận người tiêu dùng tìm mua. Những tiến bộ đó bao gồm những công thức mới dùng cho ắc quy, chẳng hạn như lithium-sulfur ("Revisiting Lithium-Sulfur Batteries"), kim loại-không khí ("High-Energy Batteries Coming to Market"), chẳng hạn như lithium- không khí ("IBM Invests in Battery Research"), và những ắc quy dựa vào dây nano và silic ("More Energy in Batteries"). Một khái niệm mới đối với các trạm sạc điện siêu nhanh ở những điễm đỗ xe bus có thể giúp các xe bus điện trở thành thực tiễn ("Next Stop: Ultracapacitor Buses"). Một số tiến bộ của năm 2009 đã tạo thuận lợi hơn để có được điện năng cung cấp cho những loại ôtô nói trên mà không làm phát thải nhiều khí carbon dioxide. Loại ắc quy lỏng kiểu mới có thể trữ năng lượng với giá thành rẻ của các tuabin phong điện và pin mặt trời để sử dụng khi không có ánh sáng mặt trời và khi lặng gió ("TR10: Liquid Battery"), giúp cho việc sử dụng một lượng lớn NLTT trở thành thực tiễn. Những mạng gương rộng lớn ("Solar Thermal Heats Up") đã được lắp đặt tại sa mạc để biến nhiệt mặt trời thành điện năng, và những miền đất phủ các tấm pin mặt trời để biến đổi ánh sáng trực tiếp thành điện ("Chasing the Sun") đang được tăng cường rất nhiều nhờ khoản kinh phí khuyến khích của Liên bang. Đồng thời, các nhà khoa học đang tìm cách để tăng hiệu năng, giảm giá thành của pin mặt trời ("More Efficient, and Cheaper, Solar Cells") và tìm kiếm những loại vật liệu mới để điện mặt trời có giá rẻ hơn ("Mining Fool's Gold for Solar"). Và mặc dù tiến bộ của lĩnh vực điện hạt nhân diễn ra chậm chạp, nhưng thành tựu ló rạng ở phía trước có thể giúp cho nguồn năng lượng phát thải thấp này thay thế dần các nguồn nhiên liệu hóa thạch ("TR10: Traveling-Wave Reactor"). Thậm chí, các nhà nghiên cứu còn phát triển một hệ thống laser lớn nhất thế giới, có diện tích bằng cả một sân bóng đá phục vụ cho những thí nghiệm có khả năng đưa lại một dạng phản ứng nhiệt hạch mới ("Igniting Fusion"). Cuối cùng, và cũng không quan trọng lắm, là các nhà nghiên cứu đã quyết định phóng tầm nhìn vượt khỏi những nguồn NLTT thông thường như mặt trời, gió, thủy triều để đến với những con chuột đồng. Các nhà khoa học ở Georgia Tech đã mặc cho loài gậm nhấm này chiếc áo dệt từ dây nano oxyt kẽm ("Harnessing Hamster Power with a Nanogenerator"), và quan sát chúng sản sinh ra dòng điện khi xoay xở và chạy ở trên chiếc bánh xe. 4. VẬT LIỆU Vài năm gần đây, mọi người đề cập nhiều đến các ống nano cacbon và tiềm năng ứng dụng to lớn của chúng, ví dụ như làm cáp treo để chuyển vận trong không gian, hoặc làm đường dây tải điện và những máy tính công năng cao. Những ứng dụng này có lẽ phải chục năm nữa mới thành hiện thực, nhưng một số tiến bộ đạt được trong năm qua đã khiến cho chúng có vẻ như không đến nỗi xa vời. Các nhà nghiên cứu ở trường Đại học Rice đã tinh chỉnh những phương pháp để kéo thành sợi dài hàng trăm mét từ dung dịch axit hoà tan các ống nano cacbon. Quy trình này có thể được sử dụng ở quy mô công nghiệp (tương tự như cách thức sản xuất sợi Kevlar), là thành quả của công trình 8 năm, được mở ra bởi nhà khoa học đã quá cố, Richard Smalley, người đã được nhận giải thưởng Nobel nhờ công phát minh ra những vật liệu nano cacbon. Để chế tạo đường dây tải điện, các nhà nghiên cứu còn phải hoàn thiện quy trình để sản xuất ra những lô ống nano kim loại thuần khiết. Hiện nay, những lô ống sản xuất ra đều có lẫn những ống nano bán dẫn, và đích cần vươn tới là phải tách riêng những ống đó ra. Dù sao, thành tựu của các nhà khoa học ở Rice cũng là một bước tiến lớn để đi tới mục tiêu đó. Trên mặt trận điện tử, năm 2009 cũng mở màn bằng những thành công lớn. Công ty Unidym những năm trước đã chế tạo được những điện cực trong suốt từ ống nano cacbon, vừa qua đã trình diễn những sản phẩm của mình và những công ty khác, bao gồm Samsung, đã thử nghiệm chúng trong các màn hiển thị. Những màng ống nano của Unidym có thể kết hợp vào trong màn hiển thị mềm và thay thế những vật liệu ròn, đắt tiền hiện vẫn được dùng để chế tạo các điện cực của màn hiển thị. Năm 2009 cũng đưa lại những thành tựu lớn trong việc chế tạo ra những cơ cấu ống nano tinh xảo hơn cho màn hiển thị, bao gồm những mạch tích hợp để truyền động chúng. Một trong những ưu điểm lớn của những mạch tích hợp chế tạo từ ống nano là có thể sản xuất bằng kỹ thuật in tương tự như in báo, giúp giảm được giá thành. Và trong Hội nghị Thiết bị điện tử quốc tế tháng 12/2009, các nhà nghiên cứu ở trường Đại học Stanford đã trình diễn những mạch tích hợp 3 chiều đầu tiên do họ chế tạo ra từ ống nano. Những quy trình mà những mạch tích hợp này thực hiện, chẳng hạn như bổ sung và lưu trữ những con số, có độ tinh xảo ngang với những mạch tích hợp silic được sản xuất ra vào giữa thập kỷ 60 của thế kỷ trước. Trong khi đó, những nhà nghiên cứu ở trường Đại học Cornell đã có một thành tựu đáng quan tâm về khoa học cơ bản: Các ống nano có thể kết nối với nhau để tạo ra pin mặt trời hiệu suất cực cao. Trong khi những vật liệu thông thường chỉ có thể sản ra 1 điện tử/photon, thì vật liệu của họ có thể sản ra 2 điện tử nếu photon có đủ năng lượng. Vật liệu nano tích điện cao Hoạt động của các phòng thí nghiệm hàn lâm và công ty trong năm 2009 đã cho thấy những vật liệu tích điện nếu được cấu trúc hóa ở cấp nano thì có năng lực tích điện cao hơn nhiều so với những đối thủ bình thường. Điều này đã được 2 công ty startup chứng minh. Công ty thứ nhất là FastCAP System ở Cambridge, MA, đang phát triển những siêu tụ điện dựa vào các ống nano cacbon, có khả năng tích một lượng điện tích rất lớn do có diện tích bề mặt lớn. Công ty này đã nhận được tài trợ là 5,35 triệu USD trong vòng 2,5 năm để hoàn thành Dự án. Công ty thứ hai là Amprius ở Menlo Parrk, CA, nhận được 3 triệu USD để phát triển những acquy ion lithium năng suất cao, có anot làm từ dây nano silic. Cả 2 công ty đều hướng tới thị trường ô tô điện, với hy vọng tạo ra những thiết bị lưu trữ năng lượng với mức cao hơn, cho phép ô tô có thể chạy được quãng đường dài sau mỗi lần sạc điện. Vật liệu nano tiếp tục khẳng định vai trò của mình trong những pin mặt trời. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng những pin mặt trời nếu được tạo trên bề mặt những cột trụ kích thước nano thì có thể biến đổi được nhiều năng lượng hơn so với bề mặt nhẵn. Nhờ vậy, công năng của những vật liệu rẻ có thể được tăng cường mà không phải tốn kém gì và có thể chế tạo chúng ở trên dải nhôm. Công trình này đã được thực hiện ở trường Đại học California bởi nhà khoa học Ali Javey, một trong 35 nhà đổi mới trẻ được Technology Review bình chọn năm 2009. Một nhà khoa học khác, cũng nằm trong số 35 nhà đổi mới trẻ nói trên, công tác tại trường Đại học California, Cyrus Wadia, đã phân tích một loạt các tính chất của những vật liệu pin mặt trời đặc biệt và tạo ra kỳ tích trong việc phát triển chúng. Một trong những vật liệu đó là pyrite, được nuôi cấy như những tinh thể nano. Một trong những ưu điểm của các tinh thể nano để dùng làm pin mặt trời là có thể hoà thành mực và in với giá rẻ. Đồng thời, một trong những đồng sự của Wadia, Paul Alivisator, Giám đốc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence, đã thành lập một công ty để phát triển những pin mặt trời hiệu năng cao, giá rẻ, dựa trên cơ sở sử dụng vật liệu nano. Công ty này có tên là Solexant, hy vọng sẽ bán những pin mặt trời in tinh thể nano hiệu năng 10%/W. Thu nhận năng lượng từ những nguồn đặc biệt Những pin mặt trời hiệu năng cao mà lại rẻ có thể giúp chúng ta có được những nguồn điện năng sạch. Nhưng đó không phải là cái đích mà nhà khoa học Zhong Lin Wang ở Georgia Tech, nhằm tới. Technology Review đã coi công trình của ông về vật liệu áp điện nano (Nanopiezotronics), tức là những cấu trúc biến ứng lực cơ học thành điện, là một trong 10 công nghệ nổi bật của năm 2009. Những dây nano oxyt kẽm có tính chất sản ra dòng điện khi chịu ứng lực có thể được dùng làm nguồn điện cho những thiết bị chẩn đoán y học cấy ghép vào cơ thể và những cảm biến ứng lực được nhúng trong các công trình kiến trúc như tòa nhà và cầu cống. Những vật liệu này cũng có thể dệt vào áo jacket để sạc điện cho iPod nhờ tận thu những lượng năng lượng nhỏ do vải tạo ra khi ta bước đi. Một loạt những bài báo do Wang xuất bản trong năm đã củng cố tiếp khái niệm này, cho thấy những vật liệu áp điện nano có thể tận thu năng lượng sản ra bởi con chuột đồng khi chúng di chuyển, do vậy có thể có công dụng như những cảm biến ứng lực và kết hợp với những pin mặt trời trong máy phát nano kiểu lai Tiến bộ của vật liệu quang học Một phần của giải thưởng Nobel vật lý 2009 đã được trao cho Charles Kuo, người đã đặt nền tảng cho ngành viễn thông hiện đại. Ông đã vạch ra nguyên nhân vì sao những sợi cáp quang được chế tạo ra ở phòng thí nghiệm hồi thập kỷ 60 lại không hoạt động được: Những vật liệu đó đã chứa những tạp chất làm suy giảm tín hiệu. Dựa vào phát minh này, Kuo đã xác định rằng thủy tinh tinh khiết có thể thực thi tiềm năng truyền dữ liệu quang học để tăng tốc độ dòng thông tin. Những sợi quang hiện đại có phẩm chất thậm chí còn cao hơn mức mà Kuo đã dự đoán: chúng chỉ làm tổn thất 5% lượng ánh sáng khi truyền đi khoảng cách 1 km; ngày nay có tới hơn 1 tỷ km cáp sợi quang đã được lắp đạt trên khắp thế giới và mỗi ngày một nhiều thêm. Và năm 2009, Intel đã thông báo ý định sẽ thay thế những dây đồng được dùng để tải dữ liệu giữa MP3, laptop và các thiết bị khác bằng cáp sợi quang. Năm 2010, Intel sẽ xuất xưởng những cáp dữ liệu có năng lực truyền 10 gigabit dữ liệu/s giữa những thiết bị, nhờ sử dụng ánh sáng có tốc độ lan truyền nhanh hơn nhiều lần so với điện tử. Một tiến bộ căn bản trong lĩnh vực quang học của năm 2009 là việc chế tạo ra nguồn laser cực nhỏ, mà kết cục có thể đem lại nguồn ánh sáng nhỏ gọn cho các máy tính quang học. Những cơ cấu quang học có thể vận hành ở tần số hàng trăm teraHertz, lớn hơn rất nhiều so với tần số 10 gigaHertz mà những thiết bị điện tử dân dụng sử dụng. Nhưng những cơ cấu quang học rất khó thu nhỏ kích thước. Laser nano mà các nhà khoa học ở các trường Đại học Cornell, Purrdue và Norfolk sẽ giúp khắc phục trở ngại này. Thiết bị lưu trữ dữ liệu siêu đẳng và những thiết bị điện tử phân hủy bằng sinh học Năm 2009 cũng đem lại những vật liệu lưu trữ được nhiều dữ liệu hơn trong những khoảng thời gian lâu hơn. Những lớp làm từ những thanh nano vàng , với tính chất phân cực ánh sáng và phản xạ những màu khác nhau có thể lưu trữ dữ liệu ở 5 chiều; những anten quang học có khả năng tập trung ánh sáng thành những điểm sáng vô cùng nhỏ và mạnh để gia nhiệt các bit đã làm tăng tuổi thọ của những vật liệu lưu trữ dữ liệu kiểu từ trường; và các nhà khoa học ở HP đang nhằm vào dây nano từ để chế tạo ra bộ nhớ racetrack. Đồng thời, các nhà khoa học Nhật Bản đã trình diễn lần đầu tiên bộ nhớ flash dẻo, làm từ chất dẻo, có thể kết hợp vào những thiết bị điện tử đặc biệt, chẳng hạn như những cảm biến có thể thải bỏ. Các nhà khoa học ở Illinois đã nghiên cứu silic để tạo ra những thiết bị điện tử có hình dạng đặc biệt, chẳng hạn như những mạng LED (diot phát quang) mềm dẻo, hay những mạch điện tử có thể phân hủy bằng sinh học phục vụ cấy ghép y học. Những Dự án này được sự lãnh đạo của John Rogers, nhà khoa học đã sáng chế ra công nghệ silic có khả năng trải rộng (Stretchable), được coi là một trong 10 công nghệ nổi bật năm 2006. Và ở Stanford, các nhà nghiên cứu lần đầu tiên đã chế tạo được những tranzito có khả năng phân hủy hoàn toàn bằng sinh học, tương lai có triển vọng sẽ hữu ích để kiểm soát quá trình dẫn nạp dược liệu của những thiết bị cấy ghép vào cơ thể. II. NHỮNG LĨNH VỰC SẼ PHÁT TRIỂN MẠNH TRONG 10-15 NĂM TỚI Dựa vào tình hình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ hiện nay, những lĩnh vực dưới đây được dự báo là sẽ đi đầu về đổi mới công nghệ trong 10-15 năm tới: 1. Kỹ thuật y tế phù hợp với từng cá nhân Với việc lập sơ đồ bộ gen người, các nhà khoa học đang nhanh chóng tiến tới những đột phá sau đây về các sản phẩm/dịch vụ dựa vào gen: - Tạo ra bản đồ gen của từng cá nhân, với giá 1.000 USD; - Tìm mối liên quan giữa các gen và protein đặc thù với các căn bệnh, chẳng hạn như ung thư, Alzheimer, tim mạch và tiểu đường, cho phép các bác sỹ và bệnh nhân dự đoán, lập kế hoạch và giảm nhẹ nguy cơ của bệnh tật. - Phát triển các dược phẩm để điều trị các bệnh về gen, thay thế phẫu thuật và hóa trị liệu. [...]... CNNN tích cực Những thập kỷ tới, CNNN có khả năng sẽ chuyển dịch từ các máy móc nano đơn giản -những hạt, những tinh thể, những thanh, những ống và những tấm nguyên tử - sang những máy móc phức tạp hơn, bao gồm các van, các bộ chuyển mạch, bơm và động cơ - Các công cụ nano Để làm việc ở cấp nano, sẽ cần phải có những công cụ cho phép các nhà nghiên cứu và kỹ thuật viên quan sát, đo đạc và thao tác từng... thành công và được chứng minh về khái niệm - Dữ liệu thông minh Những bước đột phá trong lĩnh vực chất dẻo và công nghệ in đã đem lại sự phát triển của các vi chip dựa vào polyme Chúng có thể được in thành những tấm rộng và ở một số trường hợp có thể sử dụng công nghệ in đã có sẵn Chúng giúp tạo ra các mạch điện tử giá rẻ và dễ sản xu t, thúc đẩy việc phân bổ trí tuệ sâu rộng, thậm chí trang bị cả cho những. .. Nhà tương lai học, P Stackelberg tại Công ty Social Technologies, nói Thế giới của công nghệ nano (CNNN) là thế giới của những thứ có kích thước rất nhỏ bé CNNN tập trung vào kỹ thuật siêu nhỏ, liên quan đến việc tạo ra các hạt, sợi, màng, chất phủ và những vật liệu khác có kích thước nhỏ hơn vi khuẩn thông thường rất nhiều lần- nghĩa là có phạm vi 1-100 nanomet Những vật liệu này được gọi là vật liệu... biệt là năng lượng mặt trời; Các công nghệ sử dụng nước thông minh dùng cho nông nghiệp và công nghiệp 7 Quản lý khí CO2 Những cuộc thảo luận về giảm bớt sự thay đổi khí hậu đã chú trọng vào việc kiểm soát các khí gây hiệu ứng nhà kính; nhưng mêtan và CO2- 2 khí nhà kính chủ yếu lại khó đo lường và kiểm soát hơn các ô nhiễm không khí trước đây Tuy nhiên, những công nghệ hiện đang R&D sẽ chứng tỏ là... tạo khả năng diễn giải và nhận dạng chính xác tất cả động thái của hành vi con người; Hệ thống đa cảm biến tích hợp (kể cả các cảm biến từ xa); Thẻ tần số vô tuyến cho mọi người và tài sản 11 Vật liệu nano “Trong vòng 10-20 năm tới, chúng ta sẽ chứng kiến những bước đột phá lớn trong vật liệu nano và những quy trình liên quan, được sử dụng để sản xu t ra nhiều sản phẩm dân dụng và công nghiệp” Nhà tương... nhau để đáp ứng các nhu cầu của mình và những cơ cấu có các năng lực đa dạng Tất nhiên, điều này đòi hỏi phải ứng dụng rộng khắp mạng truyền thông băng rộng vô tuyến Kent cho biết những công nghệ khác chắc chắn sẽ nổi lên để hỗ trợ các năng lực mới, bao gồm các điện thoại thông minh, các giao diện giữa người dùng và môi trường xung quanh, các công nghệ mạng cố định và di động, viễn tin học Mặc dù mạng... đối với các loại khí này- và lĩnh vực công tác này sẽ cực kỳ quan trọng Những đổi mới này gồm: - Các hệ thống “đo lường, theo dõi, kiểm định” hiệu quả; Các công nghệ và hệ thống thu giữ và tích trữ CO2 giá rẻ và hiệu quả để dùng cho các nhà máy điện; Các kỹ thuật kiểm soát để giảm và triệt tiêu phát thải dùng cho các phương tiện vận tải 8 Các phương tiện vận tải tiên tiến Ngoài những tiến bộ về các nguồn... VLNN có thể tiếp cận với những khu vực trước đây không thể thâm nhập được Nghĩa là, chúng có thể làm cho các sản phẩm tiêu dùng nhẹ hơn, bền chắc hơn và đạt hiệu quả cao hơn, đem lại ưu thế cạnh tranh quan trọng cho những công ty nào biết kết hợp chúng vào các hàng hóa của mình Trong kỷ nguyên, khi người tiêu dùng có được những sản phẩm hiệu quả hơn, có khả năng phòng ngừa và hỗ trợ cao hơn, thì VLNN... quan mật thiết với những đổi mới trong kỹ thuật y tế phù hợp với từng cá nhân và nhiên liệu sinh học, nhưng với những ứng dụng trong nông nghiệp và dinh dưỡng Các đột phá tiềm năng bao gồm: - Nhận dạng những hệ gen đặc thù để tăng trưởng theo nhu cầu và số lượng sử dụng; Dược phẩm và nguyên liệu hóa chất được sản xu t bởi cây trồng; Các cây trồng được thiết kế để tăng hàm lượng và mức độ chuyển hóa... toán Trong thế kỷ 20, điện toán khu trú vào những thiết bị tập trung (những máy chủ mạnh, các trung tâm điện toán), ngày nay điện toán tỏa ra rộng khắp ở các máy tính cá nhân và mạng máy tính Tương tự như vậy, việc sản xu t và cung cấp năng lượng sẽ chuyển từ các nguồn tập trung sang các nguồn phân tán, gồm các máy phát cục bộ, có thể tự động đấu vào lưới điện khi nhu cầu điện năng tăng lên Những đổi . BỨC TRANH CÔNG NGHỆ THẾ GIỚI 2009 VÀ XU HƯỚNG NHỮNG NĂM TỚI I. NHỮNG THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU-PHÁT TRIỂN NỔI BẬT NĂM 2009 1. CÔNG NGHỆ SINH HỌC Hệ. khắp thế giới và mỗi ngày một nhiều thêm. Và năm 2009, Intel đã thông báo ý định sẽ thay thế những dây đồng được dùng để tải dữ liệu giữa MP3, laptop và các thiết bị khác bằng cáp sợi quang. Năm. liệu của những thiết bị cấy ghép vào cơ thể. II. NHỮNG LĨNH VỰC SẼ PHÁT TRIỂN MẠNH TRONG 10-15 NĂM TỚI Dựa vào tình hình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ hiện nay, những lĩnh