CUỘC CÁCH MẠNG CÔNG NGHỆ TOÀN CẦU 2020

LỜI NÓI ĐẦU Khoa học công nghệ (KH&CN) giới phát triển theo quy luật, từ thống đến chuyên môn hóa, sau lại trở thống với trình độ cao hơn, theo chu kỳ xoắn ốc, lĩnh vực khoa học liên ngành, đa ngành công nghệ sinh học (CNSH), công nghệ thông tin truyền thông (CNTT&TT), công nghệ nano (CNNN) hứa hẹn mang lại thành tựu to lớn phục vụ trực tiếp đời sống nhân loại Cách thập kỷ, Đảng Nhà nước ta, với tầm nhìn chiến lược định hướng ưu tiên phát triển lĩnh vực: CNTT, CNSH, công nghệ thự động hoá, công nghệ vật liệu … Để cụ thể hoá Nghị Đảng, với đạo đắn Chính phủ, Bộ Khoa học Công nghệ có nhiều nỗ lực việc đổi chế, sách, hoàn thiện hệ thống pháp luật KH&CN, đồng thời có định hướng đầu tư đắn vào ngành công nghệ nói nên bước đầu đạt kết đáng khích lệ ngành công nghiệp, nông nghiệp, y tế…góp phần phát triển kinh tế-xã hội hội nhập kinh tế quốc tế đất nước Việc tiếp tục nghiên cứu xu hướng phát triển ngành KH&CN chủ đạo nói để nắm bắt thành tựu xuất ngành nhằm ứng dụng vào điều kiện thực tiễn nước ta vấn đề giới nghiên cứu quan tâm, mặt khác nhằm cung cấp thông tin tham khảo cho chuyên gia nghiên cứu xây dựng Chiến lược phát triển KH&CN đến năm 2020, Chương trình đổi công nghệ quốc gia, Chương trình ứng dụng phát triển công nghệ cao cần thiết Với tình thần đó, Trung tâm Thông tin KH&CN Quốc gia xuất Tổng luận ”CUỘC CÁCH MẠNG CÔNG NGHỆ TOÀN CẦU 2020”, bao hàm dự báo xu hướng phát triển tới năm 2020 ngành khoa học công nghệ trọng điểm nói Xin trân trọng giới thiệu TRUNG TÂM THÔNG TIN KH&CN QUỐC GIA I CÔNG NGHỆ THÔNG TIN I.1 Một số xu hướng quan trọng Trong kỷ XXI, CNTT lĩnh vực công nghệ trung tâm Sự phát triển ngành KH&CN tiên tiến cần phải dựa tảng CNTT Tuy nhiên, CNTT kết hợp cách hữu thiết bị, linh kiện, góp phần làm tăng chất lượng cho sản phẩm Những xu hướng CNTT có ảnh hưởng đáng kể tới đời sống trị xã hội từ tới năm 2020 gồm: Xu hướng hội tụ công nghệ Hiện tại, nhiều dịch vụ sản phẩm có kết hợp với CNTT Ví dụ, người truy cập Internet thông qua máy thu hình cáp hay điện thoại Họ sử dụng máy điện thoại di động để giữ đọc Email, lướt Web nhắn tin tức thời Các nhà nghiên cứu tìm cách để truy cập Internet băng thông rộng nhờ đường dây tải điện với ý đồ cạnh tranh với hãng điện thoại cung cấp dịch vụ truyền hình cáp Sự hội tụ công nghệ chức tiếp tục mục tiêu sản phẩm kỹ thuật số từ đến năm 2020 Công việc tạo điều kiện phát triển kỹ thuật nối dây vật liệu tải thông tin số, nhờ đến thành tựu mạng quang Điện thoại, truyền hình, radio, máy tính cá nhân, truy cập Internet, nguồn điện chí đèn điện phòng kết hợp sản phẩm Vải máy tính kết hợp với nhau, tạo loại vải thông minh (thích ứng với thời tiết), máy tính mang người Dữ liệu có mặt khắp nơi Tới năm 2020, nhiều công nghệ phát triển để bao hàm cấu theo dõi cảm nhận, nên lượng lớn liệu liên quan đến cá nhân tạo ra, nhận dạng, địa điểm, thói quen, hành vi Cần phải có hiểu biết nguy mà công nghệ khai thác liệu (Data Mining) đưa lại vấn đề riêng tư cá nhân Với lượng liệu lớn có được, cần phải xét đến giải vấn đề chất lượng, không trùng lắp hay tính xác, mà khả lưu trữ truy cập khoảng thời gian đủ ngắn Về nhớ, cấu trúc nano chứng tỏ triển vọng khả quan Bộ nhớ hữu hoàn thiện dung lượng nhớ, đồng thời dễ sản xuất, giúp hạ giá thành Công nghệ sở liệu Với triển vọng phát triển CNTT, công nghệ sở liệu (CSDL) trở nên quan trọng nhiều so với thời gian trước Các nhà nghiên cứu CNTT cần phải hoàn thiện tiếp công nghệ để ứng phó với thay đổi xảy chất khối lượng thông tin Như đề cập trên, liệu sản sinh truyền tải ngày nhiều hơn, nên phải cần đến CSDL công nghệ để phân loại, lưu trữ, tách rút phân tích thông tin Các CSDL phải cập nhật thường xuyên cần có thêm thông tin bối cảnh để mô tả chất liệu Công nghệ CSDL thường trọng nhiều đến CSDL phân tán, phải tiến tới có CSDL lớn, tập trung để có thông tin cần thiết Cái có vào năm 2020 CSDL để tìm kiếm thông tin mau lẹ (Agile Database), kho liệu lớn dễ dàng phân thành phận cấu trúc lại để tách rút thông tin thật cần thiết cho tình cụ thể Xu hướng tiến tới thiết bị nguồn điện ngày nhỏ, động Các thiết bị điện tử ngày có kích thước nhỏ, nhẹ, thường kết nối công nghệ không dây động Vì xu hướng tiếp diễn, nên ngày có nhu cầu nguồn lượng thay thế, có kích thước nhỏ, nhẹ, động thời gian cấp điện dài Hoạt động nghiên cứu nguồn điện thay thế, có khả tái sinh ảnh hưởng đến phát triển thiết bị điện tử nhỏ, di động Song song với xu hướng này, máy tính có tính cao đưa vào cụm máy nhỏ rẻ Các máy có khả thay đổi cấu hình để đáp ứng nhu cầu tính toán theo tình đặt Chúng ta có CNTT đáp ứng theo bối cảnh (Opportunistic IT), mạng ứng dụng tuân theo quy luật bầy đàn (Swarm) Các mạng máy tính phản ánh mạng xã hội cần, cấu hình phần cứng phần mềm chúng cấu trúc lại để đáp ứng nhu cầu cụ thể 1.2 Thông tin di động hệ thống nhận dạng vô tuyến CNTT lĩnh vực có phạm vi rộng, đề cập tới lĩnh vực thông tin di động (TTDĐ) hệ thống nhận dạng tần số vô tuyến (FRID), dự báo có liên quan nhiều đến nước phát triển có trình độ công nghệ trung bình Những chức thiết bị TTDĐ tăng cường nhiều thập kỷ vừa qua Những thiết bị mà trước chế tạo có ý định dùng để trao đổi liệu lời nói trở thành sàn cảm biến, xử lý, lưu trữ truyền thông đa chức năng, có khả trao đổi nhiều loại hình liệu, sở sử dụng nhiều chế độ truyền thông khác Những tiến gần lĩnh vực công nghệ lẫn lĩnh vực thiết kế cho thấy xu hướng tiếp diễn thập kỷ tới Sự lên hệ FRID giá rẻ, tinh xảo định hình lĩnh vực TTDĐ Các cấu FRID có mặt rộng khắp ứng dụng giám sát vật tư, nhận dạng cá nhân, kiểm soát truy cập nhiều loại giao dịch thương mại Hiện chúng chuẩn bị kết hợp vào thiết bị TTDĐ Các thiết bị TTDĐ kết hợp nhiều công nghệ khác hình, nhớ liệu mạch tích hợp cảm biến tiên tiến Sự phát triển công nghệ định hướng sàn điện toán di động thập kỷ tới Các thiết bị TTDĐ hệ thống FRID bao gồm nhiều cấu phần công nghệ khác Ở cấu phần công nghệ, tính chức tăng cường cách hoàn thiện công nghệ chế biến vật liệu có nhờ áp dụng vật liệu tiên tiến Thay đổi phương thức chế tạo cấu phần cải tiến việc kết hợp cấu phần đem lại lợi ích Dưới đề cập tới tiến công nghệ then chốt nằm TTDĐ FRID là: - Màn hình; - Bộ nhớ; - Nguồn cung cấp lượng; - Cảm biến anten Màn hình Có công nghệ hình lên, thu hút quan tâm đặc biệt là: - Màn hình sử dụng điot phát sáng hữu (OLED); - Màn hình sử dụng điot phát sáng polyme (PLED); - Giấy điện tử sử dụng mực điện tử; - Các hệ chiếu video OLED PLED có tiềm đem lại hiệu lớn cho thiết bị điện toán TTDĐ Cả công nghệ có ưu điểm tiêu thụ lượng Chúng không cần phải có đèn chiếu sáng phía sau, giúp cho hình chế tạo nhỏ mỏng hơn, in lên chất mềm, giúp giảm chi phí sản xuất a Màn hình OLED Hiện tại, nghiên cứu nâng cao tính hiệu suất OLED tập trung vào sử dụng tạp chất kim loại, hữu để cải thiện hiệu suất lượng tử hiển thị Công trình nghiên cứu gần xem xét việc kết hợp dendrimer huỳnh quang photpho vào OLED để tăng cường chuyển vận điện tích phát quang Tháng 5/2008, 11 công ty hàng đầu lĩnh vực OLED thành lập Hiệp hội OLED, gồm Cambridge Display, Corning, DuPont, Eastman Kodak, eMagin v.v… Nhiệm vụ Hiệp hội trao đổi thông tin kỹ thuật, đóng vai trò nguồn lực cho nhà đầu tư, xúc tiến tiêu chuẩn hóa, thúc đẩy thị trường Với ưu có phạm vi kỹ thuật địa lý rộng lớn, có mặt doanh nghiệp lớn lẫn doanh nghiệp nhỏ, Hiệp hội sở mạnh để thúc đẩy tiến ứng dụng OLED b Màn hình PLED Màn hình tương tự OLED, khác chỗ chế tạo chất lớn, mềm, sở sử dụng kỹ thuật in phun Điều giúp giảm bớt chi phí sản xuất Nghiên cứu gần cho thấy khả kết hợp PLED với tranzito màng mỏng polysilic để tăng độ phân giải (230 điểm/inch), phun lên chất mềm làm từ thép không rỉ Các nghiên cứu tiến hành để phát triển tiền tố hóa chất thân thiện với môi trường phục vụ cho PLED Những tiến việc nâng cao tính năng, giảm thiểu độc hại liên quan đến trình chế tạo, mở rộng phạm vi chất giúp cho PLED lẫn OLED hấp dẫn TTDĐ Do tương tự công nghệ, số hãng chuyên OLED phát triển công nghệ PLED c Giấy điện tử sử dụng mực điện tử Đây công nghệ hình lên Mực điện tử sử dụng nguồn lượng nhỏ in lên nhiều loại chất khác Điều cho phép hình cuộn lại, tạo khả có hiển thị lớn hơn, mở rộng diện tích, thường tạo sử dụng công nghệ thông thường Hiện có số thiết bị thương mại áp dụng công nghệ mực điện tử Ví dụ, điện thoại di động W61H Hitachi cho phép người dùng thay đổi diện mạo bên điện thoại cách sử dụng mực điện tử để hiển thị tới 95% số đồ họa tạo từ trước Đồng hồ Speotrum Seico sử dụng mực điện tử để hiển thị thời gian Đồng hồ PHOSPHOR ArtTech cho phép người dùng chuyển mặt đồng hồ từ trắng đen sang đen trắng hiển thị thời gian, liệu logo Một nhánh nghiên cứu tích cực tập trung vào vấn đề mô tả đặc trưng hạt điện tích cho hình sử dụng mực điện tử Một công trình nghiên cứu khác nhằm phát triển ứng dụng mực điện tử hình ảnh màu Công ty Eink nhà công nghiệp hàng đầu công nghệ hình mực điện tử Gần đây, công ty hợp tác với LG Philips LCD triển khai hình mềm 14,3 inch có độ phân giải cao Công ty tích cực đối tác với nhà chế tạo điện tử khác giới, chẳng hạn Wacom để áp dụng công nghệ hình mực điện tử cho TTDĐ d Các hệ chiếu video Hệ chiếu video kết hợp vào điện thoại di động, dùng làm đèn chiếu phụ trợ Ba công ty đưa cách tiếp cận riêng công nghệ gồm: - Microvision sử dụng laser diot với gương quét vi để tạo hình ảnh; - Texas Instrument sử dụng công nghệ xử lý ánh sáng số (DLP), dãy gương chiếu hình; - Explay sử dụng kết hợp điot phát quang (LED), điot laser dãy vi thấu kính Một số công nghệ khai phá để cải thiện dãy vi gương cấu phần khác đèn chiếu, gồm: - LED; - Các nguồn laser đỏ, xanh lam xanh lục; - Các hệ vi điện (MEM) Trong tương lai, hệ thống nano điện (NEM) giúp cải thiện tính hình chiếu video Bộ nhớ Những bước tiến nhanh chóng thiết bị nhớ lưu trữ liệu giúp phổ cập rộng rãi thiết bị điện toán di động Nếu vào năm 1998, thiết bị nhớ flash, chẳng hạn thường dùng camera số, có dung lượng nhớ 256 MB, ngày nay, số lên tới 16 giga, tức tăng gấp 62,5 lần Ngoài nhớ flash, số công nghệ triển khai lên là: - Bộ nhớ sử dụng ống nano cacbon, nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dựa vào ống nano (chẳng hạn NRAM Nantero); Pin thiết bị tích trữ lượng Trong số công nghệ cấu phần TTDĐ, pin thiết bị tích trữ lượng, đóng vai trò định khoảng thời gian hoạt động trước phải xạc lại, nên có tiềm lớn để ảnh hưởng tới tăng trưởng tương lai thiết bị điện toán di động Mặc dù thập kỷ qua, tốc độ hoàn thiện tính nguồn điện pin/acquy không nhớ mạch tích hợp, tiến gần sử dụng vật liệu tạo cấp nano đặt móng cho bước tiến quan trọng năm tới Đặc biệt, điện cực cấu trúc hóa cấp nano lĩnh vực nghiên cứu sôi động Một số công trình nghiên cứu hợp chất cấu trúc khác dùng cho điện cực pin lithium-ion cấu trúc cấp nano Những công nghệ có nhiều hứa hẹn nhất: - Các pin màng mỏng; - Siêu tụ điện; - Pin nhiên liệu a Pin màng mỏng Những bước tiến gần để phát triển pin cấu trúc cấp nano tạo công nghệ nano (CNNN) cho phép nhà nghiên cứu kỹ sư giảm kích thước pin nhiều phương diện Một tiến quan trọng giảm chiều dày Các pin màng mỏng có số ưu điểm sau: - Hợp phần chúng vật liệu rắn, không dựa vào chất ướt - Chúng hoạt động phạm vi nhiệt độ rộng - Tuổi thọ cao - Có thể sản xuất theo nhiều khuôn dạng khác - Giá thành sản xuất tính theo đơn vị diện tích không đổi b Siêu tụ điện (Ultracapicitor) Thường coi thiết bị thay acquy ôtô điện, siêu tụ điện cân nhắc để dùng cho TTDĐ tương lai Chúng từ lâu trở nên cần thiết cho lĩnh vực có khả chịu va đập nhiệt độ Tuy nhiên, giới hạn trước bề mặt điện cực siêu tụ điện cho thấy chúng phải có kích thước lớn nhiều để chứa lượng điện tích phần lớn pin thông thường Công trình nghiên cứu gần sử dụng ống nano cacbon vật liệu cấu trúc cấp nano cho phép tạo điện cực có diện tích bề mặt lớn hơn, có lực tích điện cao Hai công ty hàng đầu phát triển siêu tụ điện Maxwell EEstor Năm 1999, Maxwell nhận tài trợ Chương trình Công nghệ tiên tiến Mỹ để nghiên cứu nhằm giảm chi phí nâng tính vật liệu siêu tụ điện phục vụ cho ôtô thiết bị điện tử Tháng 7/2006, Chính phủ Trung Quốc cấp chứng cho sản phẩm BOOSTCAP Maxwell để tích trữ lượng ôtô Tháng 11/2007, Maxwell phát triển nguồn điện kết hợp siêu tụ điện lẫn pin Li-ion Cho đến nay, đối thủ chủ yếu Maxwell lĩnh vực siêu tụ điện, Eestor, tiết lộ thông tin kế hoạch thương mại hóa công ty Nhưng theo Technology Review, EEstor gần cấp phép sử dụng siêu tụ điện công ty cho hãng Lockheed để sử dụng thiết bị, từ cảm biến từ xa nguồn di động c Pin nhiên liệu Đây công nghệ khai phá để phục vụ cho TTDĐ Các công ty bắt đầu tiếp thị pin nhiên liệu dùng để cấp điện cho thiết bị điện tử có Tuy nhiên, tầm nhìn tương lai chúng thay cho pin thiết bị Các nhà nghiên cứu Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) gần phát triển vật liệu để tăng lượng điện sản pin nhiên liệu, khiến chúng trở nên hấp dẫn cho thiết bị điện tử di động nói chung TTDĐ nói riêng Mặc dù công nghệ có hứa hẹn lớn, để pin nhiên liệu sử dụng rộng rãi thiết bị điện tử TTDĐ, cần phải nghiên cứu tiếp tục kỹ thuật thiết kế mô tả đặc trưng chúng cần tìm giải pháp cho số thách thức thị trường (ví dụ cách thức cung cấp nhiên liệu cần thiết cho pin, ethanol chẳng hạn) Tuy nhiên, số công ty lớn tích cực phát triển tiếp thị công nghệ pin nhiên liệu ethanol dùng cho thiết bị điện tử di động Những công ty gồm Sony MTI Micro Ngoài ra, Samsung phát triển pin nhiên liệu cho thiết bị điện tử di động sử dụng nước thay cho ethanol Samsung cho biết thương mại hóa loại pin vào năm 2010 Cảm biến anten a Cảm biến Vài năm gần đây, cảm biến tạo công nghệ vi mô nano thu hút ý lớn khu vực hàn lâm lẫn khu vực công nghiệp Sự trọng R&D thương mại hóa cảm biến tạo công nghệ vi mô nano dùng phát chuyển động, tác nhân sinh học hóa chất Nhiều cảm biến ứng dụng thiết bị TTDĐ, chẳng hạn để truyền thông tin tình trạng sức khoẻ cá nhân hệ thống FRID, chẳng hạn để tạo khả giám sát kết mạng Mặc dù có lo ngại đe dọa tiềm tàng bí mật cá nhân mạng cảm biến có mặt khắp nơi, nhiều người cho chúng phương tiện để tăng cường an ninh hiệu chuỗi cung cấp, theo dõi xuống cấp kết cấu hạ tầng (chẳng hạn nhu cầu nhà máy điện), theo dõi môi trường, sức khoẻ cộng đồng an toàn Tuy nhiên, nhiều thách thức đặt cho công tác nghiên cứu Ví dụ, Microsoft gần xuất tài liệu sử dụng điện thoại di động làm khuôn khổ cho mạng cảm biến vô tuyến Những thách thức đặt hữu liệu cảm biến tìm phương thức tối ưu để lưu trữ liệu đó, để chúng hữu cho dịch vụ ứng dụng khác b Anten Nhiều công trình lớn thực thiết kế anten cho TTDĐ Một thách thức đặc biệt khó khăn đặt cho điện thoại tế bào thiết bị TTDĐ khác phạm vi anten cần cho truyền thông nhiều cấu phần phổ điện từ dùng cho giao thức truyền thông khác Mỗi giao thức có yêu cầu riêng phần cứng phền mềm Nghiên cứu gần xem xét việc sử dụng ống nano cacbon, kết hợp với phát triển radio có khả lập trình phần mềm để tạo anten lọc động, có khả lập trình, hoạt động nhiều dải tần số rộng so với anten thông thường Một anten lọc có khả lập trình đầy đủ thay cho nhiều cấu phần điện thoại tế bào, cho phép có thiết bị TTDĐ linh hoạt nhỏ Các nghiên cứu theo đuổi cách tiếp cận hệ thống vật liệu khác để tiếp tục nâng cao lực TTDĐ Ví dụ, phát kiến radio xác định phần mềm (software-defined Radio) cho TTDĐ cho phép nhận thiết bị TTDĐ linh hoạt hơn, có khả thích nghi cao nhiều khả Mạch tích hợp Sự phổ cập đáng kinh ngạc điện thoại di động tăng trưởng nhanh chóng thị trường TTDĐ vài năm gần thu hút ý nhiều công ty hàng đầu ngành bán dẫn mạch tích hợp Các nhà khoa học kỹ sư bắt đầu theo đuổi phương pháp nâng cao hiệu tổng thể mạch tích hợp dùng cho thiết bị TTDĐ Mục tiêu đặt nâng cao lực khả tính toán chip, đồng thời giảm thiểu lượng tiêu thụ chúng Lập đối tác với Texas Instruments, nhà nghiên cứu MIT gần phát triển mạch tích hợp dùng cho TTDĐ với hiệu suất cao gấp 10 lần so với chip dùng Do tầm quan trọng vấn đề tiêu thụ điện quản lý lượng hiệu thiết bị TTDĐ tương lai, công ty hàng đầu khác, chẳng hạn Intel NXP Semiconductor sức nghiên cứu để nâng cao hiệu mạch tích hợp Một cách tiếp cận vận dụng tiến liên quan đến việc chuyển sang kỹ thuật xử lý 65 nanomet để giảm dòng điện dò Một cách tiếp cận tìm kiến trúc để cải thiện hoạt động mức điện thấp Nhiều nghiên cứu cần thiết lĩnh vực nêu rõ “Lộ trình công nghệ quốc tế vật liệu bán dẫn (ITRS)” Lộ trình tài nguyên quan trọng cho ngành trường đại học tham gia vào R&D thiết kế mạch tích hợp thập kỷ qua Nó khai phá vấn đề xu hướng quan trọng công nghệ bán dẫn nhận dạng giải pháp tiềm để ứng phó với trở ngại lên Một phần mục tiêu ITRS thúc đẩy hợp tác quốc tế tổ chức liên quan đến ngành bán dẫn, để "nguồn vốn tài cho công nghệ tiền cạnh tranh chia sẻ bình đẳng toàn ngành" Từ năm 2003, ITRS đưa vào chương riêng đề cập đến phát triển công nghệ TTDĐ Theo ITRS, xu hướng tương lai TTDĐ đòi hỏi phải dịch chuyển sang cấu trúc để tiếp tục nâng cao mật độ tính mạch tích hợp Ví dụ, mạch tích hợp cổng kép (Dual-gate) mạch silic điện môi (Silicon-on-insulator) Nhu cầu gia tăng khuếch đại công suất dùng cho điện thoại di động lĩnh vực quan trọng cần nghiên cứu Những khuếch đại tương lai phải đáp ứng đặc tính tuyến tính nghiêm ngặt phạm vi ngày mở rộng giao thức truyền thông mà không làm tăng đáng kể phí tổn Các hệ thống FRID Các hệ thống FRID thường gồm cấu phần: đọc FRID thẻ FRID Bộ đọc cho phép người dùng thẩm vấn hệ thống, thẻ FRID lưu trữ liệu đọc Thoạt đầu, FRID coi phương tiện thay mã vạch hậu cần kiểm soát vật tư Nhưng ngày nay, với tiến công nghệ, đặc biệt hoàn thiện mạch tích hợp nhớ tiến cảm biến nhờ CNNN vi mô, thẻ FRID cung cấp nhiều thông tin nhiều không phục vụ cho lĩnh vực hậu cần Hiện nay, chúng cung cấp liệu chẩn đoán, chẳng hạn nhiệt độ độ ẩm vật chứa, thay đổi điều kiện theo thời gian, tốc độ tăng tốc giảm tốc chí liệu y học cá nhân Chúng cung cấp thông tin giao dịch - ví dụ địa điểm tình trạng transit Khi thẻ FRID tích hợp thường nhật vào thiết bị thương mại, đồng thời kết hợp cấu phần cảm biến, nhớ, lực xử lý công cụ truyền thông linh hoạt làm cho chúng trở nên tinh xảo hơn, thiết bị TTDĐ ngày tích hợp công cụ để đọc, xử lý, chia sẻ ứng dụng thông tin Theo truyền thống, đọc FRID coi nút cố định hệ thống Một thẻ FRID gắn vào đối tượng phải qua phạm vi kiểm soát đầu đọc FRID để đọc download thông tin Đầu đọc FRID trang bị lực truyền thông hữu tuyến phép chia sẻ, lưu trữ tìm kiếm thông tin Nhưng xu hướng gần thiết bị TTDĐ kết mạng vô tuyến đưa lại chuyển dịch từ đầu đọc cố định sang đầu đọc di động (M-FRID) Một số nhà chế tạo kết hợp đầu đọc FRID vào thiết bị TTDĐ Ví dụ, năm 2004, Nokia bắt đầu tiếp thị M-FRID cho điện thoại di động 5140 Philips, Samsung hãng khác theo đuổi việc kết hợp đầu đọc FRID trực tiếp vào thiết bị TTDĐ Một số thiết bị cung cấp dịch vụ tổng hợp M-FRID, định vị địa lý, cảm biến, trao đổi liệu tìm liệu II CÔNG NGHỆ SINH HỌC CNSH trở thành phận cấu thành đời sống hàng ngày xã hội đương đại, sử dụng ngày nhiều công tác chăm sóc sức khoẻ, sản xuất lương thực hỗ trợ ngành nông, lâm, thuỷ sản Nhưng mối liên quan xã hội sâu sắc Vì CNSH có quan hệ với trình sống loạt công cụ có tiềm to lớn nên thường động chạm đến giá trị cốt lõi, có ý nghĩa nhân loại giới Một số vấn đề chung CNSH là: - Lượng thông tin sinh học nhận ngày gia tăng Những bước tiến gần công nghệ giúp tạo loạt công cụ để tiếp cận với nguồn thông tin sinh học ngày phong phú Thành thu từ công cụ hiện hữu, chẳng hạn đồ hệ gen Người Những nỗ lực lĩnh vực Hệ gen chức (Proteomics) giúp theo dõi trực tiếp nhiều phản ứng hoá học diễn thể sống- bước khởi đầu cho trình phát triển có triển vọng diễn với tốc độ nhanh có phạm vi rộng Những tiến vi mạng cảm biến axit nucleic nhiều loại protein đem lại khả thực nhiều thử nghiệm lúc mẫu thử, tạo lượng liệu lớn cách nhanh rẻ Những thiết bị cảm biến nối mạng để phát enzym, kháng nguyên, kháng thể, axit nucleic có mặt chip không chứa cấu phần sinh học mà mạch tích hợp để ghi lại kết phân tích Các chức kết hợp ngày nhiều với công nghệ y tế, giúp có cảm biến kích thước nhỏ cấy ghép vào thể để thu nhận thông tin sinh học chi tiết cá nhân Những tiến công nghệ liên quan trực tiếp với sinh học góp phần để có lượng thông tin sinh học ngày tăng Ví dụ, hoàn thiện phạm vi rộng mạch điện tử công nghệ thông tin công nghệ chụp ảnh y học Các công nghệ chụp ảnh y học giúp bác sỹ trực tiếp quan sát bệnh tật thương tổn mà không cần phải can thiệp giải phẫu Ngoài ra, cải tiến thiết bị thị kiểm soát thông tin, chẳng hạn hình âm thanh- hình ảnh chiều để quan sát phận thể mối tương tác thuốc, tạo điều kiện tốt cho việc chẩn đoán, định điều trị - Ứng dụng thông tin sinh học Những công nghệ phát triển tạo khả để tiến hành công tác y tế phù hợp với cá nhân, với liệu pháp thực phù hợp với tình trạng bệnh tật người bệnh Các bước tiến phương pháp lập chuỗi nhanh tiến hành song song giúp nhận thông tin hệ gen người với giá ngày rẻ Dữ liệu công nghệ lập chuỗi gen bắt đầu đem lại thành việc giúp hiểu khác biệt mà bệnh nhân khác phản ứng với thuốc, chẳng hạn lý có số bệnh nhân ung thư phổi lại phản ứng với phương pháp hoá trị liệu đó, bệnh nhân khác lại không phản ứng Sự khác biệt gen số bệnh nhân ung thư khác sử dụng để dự đoán lây lan bệnh tật Kỹ thuật chụp ảnh y học dùng thấy số loài dược phẩm lại có tác dụng tới hoạt động não số người tốt số người khác Những phát ứng dụng trực tiếp cho bệnh nhân việc lựa chọn loại thuốc liệu pháp phù hợp Những tiến việc tạo phần tử đánh dấu sinh học (Biomarker) giúp nâng cao khả phát mức nhạy cảm gen cá nhân chất độc hại, bệnh tật stress CNSH ứng dụng để phát triển phương pháp thử đặc thù loại chất sinh vật, chẳng hạn loại vũ khí đặc biệt nguy tiến triển bệnh tật, giúp cho việc thử nghiệm chất độc hại với tốc độ nhanh trước Có dự báo cho sau năm 2020, việc lập chuỗi gen có chi phí thấp để người tiếp cận với thông tin hệ gen Khi có thông tin này, người sớm dự đoán khả mắc bệnh để kịp thời chữa trị trước muộn Những tiến tương tự công nghệ chụp ảnh y học đem lại khả chẩn đoán chữa trị hiệu hơn, không cần phải áp dụng biện pháp xâm hại đến thể Khả thu nhận ngày tăng lượng thông tin sinh học đem lại lợi ích cho phòng thí nghiệm nghiên cứu y học mà nhằm vào loạt vấn đề liên quan đến sức khoẻ dịch bệnh Tốc độ công nghệ lập chuỗi đem lại khả hiểu biết nhanh nguy môi trường, chẳng hạn đợt bùng phát bệnh tật Ví dụ, vào đầu năm 2004 tức khoảng năm sau đợt bùng phát dịch SARS Trung Quốc, phân tích dựa vào thông tin gen virus công bố Những phương pháp giúp làm sáng tỏ nhanh cấu trúc phân tử sinh học đem lại nguồn tri thức chi tiết hết để hiểu hệ thống sinh học, tạo sở để có biện pháp can thiệp cần thiết Việc thu nhận nhiều thông tin hệ thống sinh học góp phần vào công tác phát minh dược phẩm Những nỗ lực lập chuỗi gen sinh vật khác đóng góp cho công tác nghiên cứu bệnh tật người Ví dụ, việc lập đồ gen chuột-loài động vật thường dùng để thí nghiệm, hoàn thành vào năm 2002 Hiểu biết sở hệ gen loài động vật khác giúp đề xuất chiến lược điều trị bệnh tật cho người Ví dụ, đau tim bệnh tim để lại sẹo Những phát gần cho thấy khác với người, loài cá ngựa vằn tự tái sinh mô tim Trong tương lai, việc khám phá gen thúc đẩy tái sinh mô tim cá giúp đem lại phương pháp làm lành sẹo chữa trị bệnh tim người Ngoài việc phát khác biệt nhỏ người gây ảnh hưởng quan trọng hiệu sử dụng loại dược phẩm định, việc có ngày nhiều lượng tri thức hiểu biết sinh học thể tính chất phức tạp hệ thống trình sinh học Các hệ thống sinh học không đơn giản thông tin gen truyền vào vật liệu cần thiết để tạo dựng hỗ trợ sống Chúng bao hàm chức điều chỉnh để kiểm soát trình biểu gen (Gene Expression), hệ thống cải biến sản phẩm gen sau chúng sản sinh ra… Một điều rút sau hoàn thành biểu đồ hệ gen người số lượng gen người nhiều so với dự đoán vào mức độ phức tạp giải phẫu sinh lý người Điều chứng tỏ tầng nấc phức tạp nói đóng vai trò quan trọng Những công trình nghiên cứu thập kỷ qua cho thấy có cấu phần ADN (Axit dcoxyribonuclie) coi chức gì, thực tế chúng lại đóng vai trò then chốt việc điều chỉnh chức gen Ví dụ, gen ẩn hoạt động thông qua ARN (Axit ribonucleic), thông qua protein, xem lại đóng vai trò vấn đề di truyền, phát triển bệnh tật Tất việc cho thấy 10 năm tới, công cụ giúp thu nhận ngày nhiều lượng thông tin sinh học ngày trở nên phổ biến - Tác động việc có thêm nhiều lượng thông tin sinh học Sau 10 năm làm việc tích cực, nhóm nhà khoa học quốc tế hoàn thành việc lập đồ toàn hệ gen người, mục tiêu đặt cho Dự án nghiên cứu hệ gen người (Human Genome Project = HGP), 10 quốc gia phát triển hợp tác thực Đây xem công trình nghiên cứu quan trọng kỷ, thành công mở kỷ nguyên nỗ lực chinh phục bệnh tật người Việc giải mã hoàn tất đồ gen người có ý nghĩa quan trọng việc nghiên cứu điều trị bệnh nan y Nếu có đồ tay, bác sĩ tìm đến đích bệnh tật Cơ thể người máy vô phức tạp tinh vi Có đồ gen có “bản thiết kế” hệ thống điều khiển máy Biết vị trí gen, nhà y học “sửa chữa, thay thế” gen hỏng Đó liệu pháp gen mà lâu bác sĩ điều trị mơ ước thực Nếu chưa thay gen sản xuất protein sản phẩm gen đó, đưa vào thể thay cho protein hỏng bị thiếu lệch lạc chức gen Đó protein chữa bệnh vô giá, gen lành tạo Hiệu chữa bệnh bệnh nhân lớn giá trị thương mại hãng dược liệu vô hấp dẫn Vì hãng không tiếc kinh phí đầu tư cho nghiên cứu Hiện khoa học lĩnh vực gọi chung “hậu genomics” khoa học sống Tìm chức sinh học 50.000 gen việc làm đòi hỏi nhiều công sức lao động, tiền kiến thức chuyên gia Kể biết phần lớn chức chúng việc nghiên cứu tương tác chúng tính hệ thống chúng bước định Khả thu nhận ngày nhiều lượng thông tin sinh học tạo nhu cầu Nhiều tiến có nay, kể công nghệ lập chuỗi nhanh, tiến kết hợp lại CNTT tin sinh học Những khối lượng thông tin nhận ngày nhiều thêm 10 Hiện nay, thu hút ý lớn hệ thống TTNT hệ Các công nghệ trí tuệ hệ dựa vào chúng, gồm: Các hệ thống thông tin-đo lường quang điện tử phân tán có khả thích nghi, triển khai sở cách tiếp cận thể luận, hệ thống robot thông minh v.v… Các hệ thống TTNT hệ mở rộng nhiều khả nhà phát triển hệ thống TTNT, tạo khả vận dụng nhiều tri thức khoa học nhân văn môn khoa học lân cận khác với nó, tạo điều kiện phát triển khoa học truyền thống trình thông tin khả xây dựng cách tiếp cận phương hướng khoa học cho xã hội thông tin Nhìn chung, tiềm to lớn cấu phần môi trường TTNT phức hợp thân môi trường việc ứng dụng lĩnh vực hoạt động khác cho phép nhận định công nghệ trí tuệ phổ biến rộng rãi xã hội kỷ 21 Các hệ thống trí tuệ (Intelligent System- IS) có hứa hẹn lớn để giúp đương đầu với thách thức đóng nhiều vai trò quan trọng quy trình chế tạo tự động hoá công nghiệp xí nghiệp tương lai Các hệ thống thu hút quan tâm ngày tăng ngành công nghiệp ứng dụng vào toàn phạm vi hoạt động chế tạo để tạo sức cạnh tranh toàn cầu Giá trị tác động công nghệ IS to lớn so với cách mạng công nghiệp trước đây, góp phần đưa lại kỷ nguyên ngành chế tạo/tự động hoá Các ngành chế tạo tiên tiến ngành sớm ngành tích cực việc ứng dụng IS, giúp đưa lại phổ biến rộng rãi thuật ngữ “Các hệ thống chế tạo trí tuệ” (Intelligent Manufacturing Systems-IMS) IS hệ thống, mô áp dụng tích cực số khía cạnh trí tuệ người để thực thi nhiệm vụ Hơn nữa, IS cố gắng nâng cao lực người để cảm nhận, suy diễn, đề định hành động IS tạo khả cho máy móc/thiết bị dự đoán yêu cầu ứng phó hữu hiệu hoàn cảnh phức tạp, chưa biết trước chưa thể dự báo Các công nghệ IS phân loại thành nhóm lớn: IST1: Các kỹ thuật trí tuệ nhân tạo (AI) kinh điển, bao gồm hệ chuyên gia hệ thống dựa vào tri thức, hệ thống hỗ trợ đưa định, phương pháp tìm kiếm siêu tìm kiếm (Meta-search), khai thác liệu phát minh tri thức, suy luận dựa vào trường hợp suy luận dựa vào mô hình, lập kế hoạch lập lịch trình AI IST2: Các kỹ thuật tính toán “mềm” (Soft Computing) Là kỹ thuật tính toán dạng tiến hóa tạo cảm hứng từ giới sinh vật, bao gồm mạng nơron, logic mờ thuật toán di truyền IST3: Công nghệ tác tử trí tuệ (Intelligent Agent) IST4: Các kỹ thuật cảm nhận, bao gồm hệ thống cảm biến thị giác, có khả nhận thức mô thức (Pattern), lời nói hình ảnh IST5: Các mối tương tác Người-Máy thực tế ảo (Virtual Reality), bao gồm giao diện Người Máy, giao diện trí tuệ, nhà cố vấn trí tuệ phục vụ người dùng IST6: Các công nghệ lập mô hình mô phỏng, bao gồm CAD/CAM/CAE, lập mô hình toán học ký hiệu, tối ưu hoá IST7: Các công nghệ cộng tác phối hợp, bao gồm công nghệ dựa vào Internet Web, hệ thống hợp tác phân tán, phần nhóm (Groupware), kỹ thuật môi trường hợp tác Thông thường, để ứng dụng IS vào ngành chế tạo cần phải có kết hợp kỹ thuật/công nghệ nói 30 Việc ứng dụng IS vào ngành chế tạo mức cao so với việc ứng dụng máy tính Khái niệm ngành chế tạo tích hợp máy tính (Computer Integrated Manufacturing-CIM) coi ứng dụng ban đầu IS vào ngành chế tạo Ở CIM có ứng dụng lực quan trọng người CIM gồm lĩnh vực sau: - Thiết kế chi tiết (cấu phần) sản phẩm; - Thiết kế dụng cụ đồ gá; - Lập kế hoạch quy trình; - Lập trình cho máy điều khiển số (NC), hệ thống xử lý vật liệu v.v ; - Lập kế hoạch sản xuất; - Gia công; - Lắp ráp; - Bảo trì; - Quản lý chất lượng; - Kiểm định; - Lưu trữ 4.4 Tình hình ứng dụng IS Hiện nay, số IS ứng dụng để cải thiện thiết kế sản phẩm quy trình, tối ưu hoá quy trình sản xuất, tăng cường công vật liệu nguồn lực, với mục tiêu cuối để chế tạo sản phẩm chất lượng cao nhanh rẻ Trí tuệ nhân tạo (AI) kinh điển Các kỹ thuật AI kinh điển đặc biệt hữu ích để: - Tự động hoá công việc có tính lặp lặp lại, giúp giải toả bớt gánh nặng cho người dùng; - Tăng cường kỹ người dùng, thông qua hỗ trợ trí tuệ; - Ứng phó với tình trạng bất định; - Quản lý khối lượng thông tin khổng lồ; - Truy cập kiện nằm khối lượng tri thức lớn; - Biến liệu thô thành thông tin hữu ích; - Hỗ trợ công tác giáo dục đào tạo người dùng Trong thập kỷ qua, khái niệm kỹ thuật AI kinh điển áp dụng rộng rãi nhiều phương diện ngành chế tạo tiên tiến, bao gồm phát triển sản phẩm quy trình, quản lý sản xuất, kiểm soát chất lượng chẩn đoán quy trình chế tạo Vấn đề đặt hiểu biết tốt khai thác tốt triển vọng sâu rộng chúng Các hoạt động R&D tích cực gần trọng vào vấn đề tiếp nhận máy móc, khai thác liệu, phát minh tri thức đặc biệt ứng dụng liên quan đến việc tích hợp công nghệ dựa vào Web Internet để phục vụ cho công tác lập kế hoạch, theo dõi, chẩn đoán bảo trì quy trình sản xuất Kỹ thuật tính toán “mềm” (SC) Kỹ thuật chủ yếu gồm logic mờ, mạng nơron, thuật toán di truyền máy tính tiến hoá, kể máy tính ADN SC khác với kỹ thuật tính toán thông thường (“cứng”) chỗ chấp nhận thiếu xác, bất định Trên thực tế, mô hình SC tư óc người Nguyên tắc chủ đạo SC khai thác khả chấp nhận thiếu xác, bất định để đạt giải pháp với phí tổn thấp Hoạt động nghiên cứu SC đầu thập kỷ 60 có ứng dụng ngành chế tạo (kể ứng dụng công nghiệp) Các kỹ thuật ứng dụng hầu hết lĩnh vực chế tạo tiên tiến, đặc biệt hữu ích khâu lập kế hoạch lịch trình, theo dõi kiểm soát, kiểm định chẩn đoán, thiết kế sản phẩm quy trình 31 Tác tử trí tuệ Tác tử trí tuệ hệ thống phần mềm có nhiệm vụ truyền thông hợp tác với hệ thống phần mềm khác người để giải vấn đề phức tạp thường vượt lực cá nhân Từ thập kỷ nay, công nghệ tác tử sử dụng để phát triển hệ thống thiết kế cộng tác sản phẩm Tác tử trí tuệ phần lớn dùng để hỗ trợ hợp tác nhà thiết kế tích hợp công cụ CAD/CAE không đồng Gần đây, tác tử tích hợp với công nghệ lên khác [chẳng hạn Dịch vụ Web (Web Service), Web Ngữ nghĩa (Semantic Web), điện toán mạng (Grid Computing), hoạt động hợp tác hỗ trợ máy tính (CSCW) Phần mềm Nhóm (Groupware), để phát triển hệ thống thiết kế hợp tác hữu hiệu Tuy nhiên, ứng dụng tác tử trí tuệ cho thiết kế quy trình Trong thập kỷ qua, nhà nghiên cứu áp dụng công nghệ tác tử để giải toán liên quan đến lập kế hoạch lập trình quy trình chế tạo Đây chủ đề nghiên cứu tích cực việc ứng dụng tác tử trí tuệ vào ngành chế tạo tiên tiến Tác tử trí tuệ dùng để biểu thị nguồn lực sản xuất, chẳng hạn dây chuyền, máy móc, thiết bị gá lắp, sản phẩm, chi tiết, nguyên công công nhân vận hành để tạo điều kiện thuận lợi cho lập kế hoạch, lịch trình quy trình chế tạo kiểm soát tình hình thực Những công trình nghiên cứu đáng quan tâm gần bao gồm việc tích hợp dựa vào tác tử khâu lập kế hoạch xây dựng lịch trình quy trình chế tạo, tổ hợp cách tiếp cận dựa vào tác tử với kỹ thuật tối ưu hoá khác, phương pháp tìm kiếm, ma trận hoạt động, thuật toán di truyền, mạng nơron mô Áp dụng tác tử trí tuệ quản lý thường thực cấp cao để phối hợp nguồn lực chế tạo có sẵn nhằm đáp ứng khối lượng loại hình sản phẩm cần thiết, thực cấp thấp để quản lý nguồn lực chế tạo cá nhân nhằm cung cấp quy trình đơn vị theo yêu cầu chức quản lý cấp cao Đa phần, tác tử dùng để chứa đựng hệ thống phần mềm có sở sử dụng cách tiếp cận phần trung gian (Middleware) khác Ở lĩnh vực kinh doanh, tác tử dùng để biểu thị cho đối tác đàm phán (hoặc xí nghiệp thực, doanh nghiệp ảo), để tạo điều kiện cộng tác Các công nghệ cảm nhận Các công nghệ cảm nhận bao gồm hệ thống cảm biến thị giác, có khả nhận dạng kiểu mẫu, lời nói phiên dịch hình ảnh Các cảm biến khác (chẳng hạn cảm biến độ ẩm, áp suất, lưu lượng, nhiệt độ hình ảnh) ứng dụng rộng rãi ngành chế tạo, vừa để theo dõi, vừa để quản lý quy trình Các hệ thống thị giác máy tích hợp cấu phần điện tử hệ phần mềm để bắt chước nhiều chức nhìn mắt Các hệ thống có phạm vi từ việc thu nhận hình ảnh phân tích chức cao phiên dịch đề định Chúng áp dụng vào ngành chế tạo nhằm mục đích khác nhau: đo kích thước chi tiết, phát khuyết tật bề mặt, kiểm định công việc lắp ráp, hướng dẫn xe rôbôt tự động Thị giác máy chất mang tính trí tuệ, phiên dịch hình ảnh đòi hỏi phải có trí tuệ Cho đến nay, chưa có hệ thống phiên dịch hình ảnh liên tục thay đổi, mà có khả thực với đối tượng đặc thù môi trường hạn chế Quan hệ tương tác Người-Máy Thực tế ảo Vì IS bổ sung tăng cường lực cho người không thay thế, nên giao diện Người-Máy phận cấu thành nhiều hệ thống IS Giao diện tạo dựng xung quanh phần mềm biểu thị tri thức hiển thị tương tác, cho phép người công nhân tương tác với máy trí tuệ cách đưa khối lượng liệu lớn khổ mẫu mà người dễ dàng diễn giải Tiếp đó, thiết bị đầu vào-đầu có nhiệm vụ truyền 32 nhận liệu vị trí, chuyển động lực, cho phép người công nhân đưa lệnh cho máy thông qua cử lực Thực tế ảo coi công nghệ tương tác Người-Máy Ở phần lớn ứng dụng, đồ hoạ chiều dùng để giúp người sử dụng tương tác với mô Thực tế ảo áp dụng rộng rãi để đào tạo công nhân vận hành máy móc, phi công điều khiển máy bay v.v… Với công trình R&D gần đây, có ngày nhiều ứng dụng thực tế ảo vào môi trường sản xuất, chẳng hạn để theo dõi kiểm soát từ xa thời gian thực, để thiết kế kiểm định tế bào/dây chuyền lắp ráp có tham gia máy móc lẫn người công nhân vận hành Các công nghệ lập mô hình mô (M&S) Các công nghệ M&S tạo khả cho nhà thiết kế thử nghiệm đặc trưng đồ án để xem chúng có thoả mãn hay không, dựa thí nghiệm ảo Việc sử dụng nguyên mẫu ảo giúp giảm nhiều thời gian phí tổn công tác thiết kế Chúng cung cấp cho nhà thiết kế phản hồi tức thời định họ cho phép khai thác nhiều phương án hoàn thành tốt đồ án cuối Việc mô có vai trò đặc biệt quan trọng việc thiết kế hệ thống đa ngành, sản phẩm ngành khác (như khí, điện, điều khiển v.v…) có quan hệ chặt chẽ với để đem lại kết tối ưu Kỹ thuật mô cho ngành đơn lẻ khí điện lĩnh vực phát triển, với số công ty đưa gói phần mềm mạnh Trong lĩnh vực này, kỹ thuật biết đến nhiều, kỹ thuật mô động, đa phận Một số hệ thống phần mềm thương mại, ADAMS DADS, cung cấp lực phân tích đa phận hiệu Một số hệ thống phân tích tích hợp với công cụ thiết kế, cho phép truyền liệu trực tiếp từ mô hình CAD tới thiết bị mô Cũng có công cụ khác để mô hệ thống điện điện tử, hệ thống điều khiển, hệ thống thuỷ lực nhiệt Một số công trình nghiên cứu tiến hành để mở rộng việc tích hợp đơn ngành công cụ thiết kế mô sang lĩnh vực đa ngành Để phối hợp quy trình thiết kế nhóm đa ngành phân tán rộng mặt địa lý, nhiều công ty toàn cầu lợi dụng ưu công nghệ CAE để chia sẻ, hiển thị, tư liệu hoá quản lý mô hình sản phẩm Tuy nhiên, công nghệ M&S cộng tác giai đoạn non trẻ 4.5 Các xu hướng phát triển IS tới năm 2020 Các kỹ thuật AI kinh điển 5-10 năm tới, số kỹ thuật AI phát triển tiếp, chẳng hạn kỹ thuật học tập máy (Machine Learning), khai thác liệu phát minh tri thức, đặc biệt kết hợp với công nghệ dựa vào Internet/Web Semantic Web kỹ thụât điện toán mềm Những nỗ lực lớn tiến hành để phát triển, triển khai hoàn thiện hệ thống doanh nghiệp/xí nghiệp chế tạo Các hệ thống quản lý tri thức dựa vào tri thức chủ đề R&D then chốt, đặc biệt để phục vụ công tác phát triển sản phẩm Kỹ thuật tính toán mềm Mặc dù kỹ thuật đề xuất phát triển từ vài thập kỷ qua, phải tiếp tục thúc đẩy R&D áp dụng phổ biến ngành chế tạo, đặc biệt để giới công nghiệp tiếp nhận Những trường hợp ứng dụng thành công cho thấy tác động lĩnh vực ngày gia tăng năm tới Tác tử trí tuệ 33 Công nghệ gần đạt tới mức độ để ứng dụng ngành công nghiệp Chúng đặc biệt có triển vọng tích hợp với công nghệ lên dịch vụ Web, Semantic Web điện toán mạng Các lĩnh vực ứng dụng chủ yếu bao gồm lập kế hoạch, lập lịch trình, kiểm soát, theo dõi, kiểm định, chẩn đoán, trì quy trình, tích hợp doanh nghiệp (đặc biệt tích hợp hệ thống) cộng tác Tuy nhiên, cần nhiều nỗ lực R&D tác tử ngành công nghiệp tiếp nhận ứng dụng thực tiễn Các hoạt động R&D phải tiếp tục tập trung vào chế cộng tác phối hợp, đảm bảo an ninh, ổn định độ tin cậy hệ thống Các công nghệ cảm nhận Các công nghệ ứng dụng ngành chế tạo, nhiên phải tiếp tục tiến hành R&D, đặc biệt vấn đề tích hợp với công nghệ khác kỹ thuật điện toán phần mềm khai thác liệu, phục vụ cho thiết bị cảm nhận thông minh hoạt động tức thời (Plug-and-play) Các công nghệ chủ yếu dùng để theo dõi, kiểm soát, kiểm định, chẩn đoán bảo trì Hoạt động R&D tương lai nhằm mục đích phát triển cảm biến công nghệ cảm biến (chẳng hạn thiết bị cảm biến theo dõi phân tán, kết nối với vô tuyến) hệ thống thị giác Kỹ thuật tương tác Người-Máy (HMI) Thực tế ảo (VR) Các kỹ thuật đóng vai trò ngày quan trọng chế tạo, đặc biệt việc tích hợp người với máy móc/thiết bị Nó công nghệ quan trọng cần cho việc đào tạo kỹ nguồn nhân lực tương lai Sẽ phải thực nỗ lực lớn R&D để ứng dụng công nghệ HMI/VR nhằm phát triển thiết bị hệ thống cấp micron nano, kể thiết bị y học Công nghệ lập mô hình mô R&D tương lai trọng vào việc lập mô hình mô quy trình gia công động (gồm động lực học máy, dụng cụ phôi gia công), quy trình chế tạo cấp vi mô nano, cấu trúc vật liệu vi mô, nano sinh học Hoạt động bao hàm việc phát triển phương pháp luận thiết kế mà không cần tiến hành khâu thử sai đắt tiền V CÔNG NGHỆ NANO Nhà Khoa học Nhật Bản, Nario Taniguchi, đưa thuật ngữ “Nano-technology” (CNNN) vào năm 1974 nhà khoa học người Mỹ, Eric Drexler, phổ biến tác phẩm “Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology” (Các cỗ máy sáng tạo: Kỷ nguyên đến CNNN), ông vạch phương hướng cho R&D CNNN Trong sách này, ông chủ yếu tập trung vào phương diện CNNN- lắp ráp phân tử- mà nguyên tắc đem lại khả chế tạo sản xuất sản phẩm hàng tiêu dùng thông qua phương thức lắp ráp từ lên (Bottom-up) cách bố trí, xếp phân tử/ nguyên tử Quan điểm mở rộng ý tưởng nhà vật lý học tiếng, Richard Feynman đưa giảng ông vào cuối năm 1959 trường đại học California, có tiêu đề: “Còn vô số chỗ bên dưới” (There’s Plenty Room at the Bottom) Sáng kiến Quốc gia CNNN Mỹ năm 2000 sử dụng tiêu chuẩn sau để định nghĩa CNNN: R&D cấp nguyên tử, phân tử đại phân tử, với phạm vi kích thước nằm khoảng 1-100 nano (1 nano=10-9m); Sáng tạo sử dụng cấu trúc, thiết bị hệ thống có tính chất chức nhờ kích thước nhỏ (hoặc trung bình) chúng mang lại; Khả kiểm soát thao tác cấp nguyên tử 34 Các tiến khoa học lĩnh vực thiết bị hiển vi cho phép nhà khoa học thường xuyên quan sát thao tác vật liệu cấp nguyên tử phân tử CNNN có tác động to lớn đến hầu hết lĩnh vực vật lý học, hoá học sinh học Do tăng trưởng nhanh chóng môn khoa học tác động mà CNNN tạo cho khoa học lẫn khu vực công nghiệp nên khó dự báo xác tiến công nghệ diễn vào năm 2020 Tuy nhiên, ta nhìn vào tiến CNNN lĩnh vực tiến khoa học để thấy xu chúng mà CNNN phát triển ứng dụng Số lượng sản phẩm tạo khả CNNN ngày gia tăng xuất dạng hàng tiêu dùng; Ví dụ, hình sử dụng hạt nano để tăng cường bảo vệ khỏi tác hại xạ cực tím, hay chất phủ cấp nano dùng cho thấu kính vải để tăng khả chịu mòn, số trường hợp khác bổ sung thêm chức Một số ngành thương mại khác, chẳng hạn mạch tích hợp máy tính, hay chất xúc tác hoá học, từ nhiều năm sử dụng CNNN Tuy nhiên, nhiều tiến mà thường bàn luận đến tài liệu khoa học phổ thông, thực quy mô phòng thí nghiệm công nghệ có mục đích cao Có thể phải cần đến nhiều năm phát minh khoa học biến thành hàng tiêu dùng dịch vụ hữu ích Ví dụ, năm 1989, Tạp chí Science có đăng mô tả việc thiết kế thử nghiệm loại linh kiện điot dùng đường hầm cấp nano (Nanoscale Tunneling Diode) Mặc dù phát minh đóng góp vào phát triển dụng cụ (như thiết bị hiển vi, hay thiết bị phát xạ trường điện tử), chưa thay điot bán dẫn mạch tích hợp, theo dự báo số chuyên gia Để đưa CNNN lên từ phòng thí nghiệm thành sản phẩm thương mại phải tuỳ thuộc vào số nhân tố, gồm: (a) khả tích hợp thiết bị vào sản phẩm với tính chất đặc trưng tái lập; (b) vấn đề chi phí; (c) khả mở rộng cấp độ chế tạo gia công để sản xuất thương mại; (d) phát triển công nghệ liên quan; (e) lực lượng thị trường; (f) tiếp nhận người dùng Tất nhân tố định liệu CNNN có khả rời khỏi phòng thí nghiệm để thị trường hay không 5.1 Các cảm biến tăng cường tính CNNN Một lĩnh vực mà CNNN dành chỗ đứng để đem lại tính chất mới, công nghệ cảm biến Do có khả chế tạo cấu phạm vi kích thước vài phân tử, nên phương pháp để cảm biến phát tăng cường lên mức độ chưa đạt trước đây, độ nhạy cảm, lựa chọn hay khả phát quy trình việc mà trước thực Hiện trạng Hiện tại, có vài công nghệ cảm biến tạo khả CNNN thương mại Ví dụ, hệ thống phát công ty Smiths Detection Đây thiết bị cầm tay, có khả đào tạo, sử dụng mạng vật liệu cấu trúc cấp nano dạng ma trận sợi polyme, để phát chất khác cần quan tâm Tuy nhiên, ngày có thêm nhiều phòng thí nghiệm khắp giới bắt đầu khai thác tiến CNNN để hoàn thiện công nghệ cảm biến hoá chất sinh học Sự tăng trưởng đem lại loạt sản phẩm lên, tạo khả CNNN, giai đoạn thí nghiệm thử nghiệm, có tiềm to lớn việc giúp giảm kích thước, giảm khối lượng mẫu cần thiết để thử, giảm thời gian phân tích sinh hoá Các cảm biến dựa vào CNNN lên, ví dụ hạt kim loại chức năng, dây nano ống nano chức năng, vật liệu vĩ mô có chi tiết xử lý bề mặt cấp nano hệ thống học cấu trúc cấp nano Tất kỹ thuật dựa vào 35 thay đổi đo lường tính chất vật liệu, hệ thống vật liệu xảy mối tương tác mà phát nhờ đặc tính cấp nano chúng Triển vọng tới năm 2020 Tới năm 2020, số CNNN lên đầu kỷ 21 kết hợp vào sản phẩm, ứng dụng thương mại Sẽ có loạt cảm biến giá rẻ dễ dàng tích hợp vào nhà kết cấu hạ tầng Tương tự việc sử dụng camera video để giám sát vật chất, cảm biến sinh hoá bắt đầu kết hợp vào công nghệ giám sát truyền thông khác để tăng cường khả phát mối nguy xảy Ở số trường hợp, hệ thống cảm biến tích hợp vào thiết bị giám sát, truyền thông có (chẳng hạn camera video, cảm biến chuyển động, điện thoại) Ví dụ, nhà cấu trúc tương lai coi có độ rủi ro đặc biệt cao xây dựng với hệ thống giám sát tăng cường, kết hợp camera cảm biến sinh hoá mà cần can thiệp người Nhiều hệ thống thiết kế để có khả theo dõi loạt tác nhân cần quan tâm cung cấp kết theo phút Những ứng dụng tiềm khác hệ thống cảm biến tăng cường tính CNNN bao gồm mặt tiền nhà, hệ thống kiểm soát ôtô, thiết bị an toàn nhà để phát khói cacbon monoxyt Các tiến tương lai cảm biến làm việc lâu dài, không cần chăm sóc sàn cảm biến đòi hỏi phải có cải thiện lớn nguồn điện cung cấp (quản lý lực), việc xử lý chất khí chất lỏng cho hệ thống vi xét nghiệm Đối với chức liên quan đến rủi ro cao an ninh quốc gia (như tác chiến quân sự, ứng phó khẩn cấp), cảm biến mang người trở thành bình thường tích hợp vào sàn truyền thông nối mạng 15 năm tới chứng kiến hoàn thiện độ nhạy cảm độ lựa chọn sinh hoá toàn sàn cảm biến Các hàm ý xã hội ứng dụng Ở phần lớn trường hợp, cảm biến tích hợp lắp vào hệ thống giám sát theo dõi có, phạm vi giám sát không chịu ảnh hưởng cảm biến, mà tăng cường thêm chiều sâu thông tin thu nhận Các thiết bị phát sinh hoá cá nhân nối mạng có khả sử dụng đại trà để phục vụ vấn đề an ninh quốc gia tác chiến quân sự, đặc biệt cho lực lượng làm nhiệm vụ ứng phó khẩn cấp Trừ trường hợp xây thảm hoạ lớn liên quan đến hoá chất sinh học, bình thường việc sử dụng đại trà thiết bị cá nhân để phát tác nhân sinh hoá có khả xảy Tuy nhiên, có chứng cho thấy thiết bị truyền thông tương lai (chẳng hạn điện thoại di động) tích hợp số lượng cảm biến ngày tăng 5.2 Các nguồn điện tăng cường tính CNNN Trong vài thập kỷ qua, tốc độ hoàn thiện nguồn cấp điện không theo kịp với tiến nhanh chóng công nghệ điện tử số (chẳng hạn lực xử lý, lưu trữ liệu) Tuy nhiên, tiến gần CNNN cho thấy tiềm không nâng cao tính nguồn, mà mở rộng phạm vi vật liệu hữu ích làm nguồn điện hoá chất quang điện Các nhà khoa học tích cực ứng dụng CNNN vật liệu composit nano để cải thiện hoạt động điện cực Sự trọng phần lớn tập trung vào việc tích hợp vật liệu nano kết cấu pin thông thường Ví dụ, nhà khoa học trường đại học Rutgers Viện Công nghệ Massachusetts nghiên cứu điện cực composit nano để cải thiện mật độ lượng mật độ điện cho pin thông thường Khu vực công nghiệp tích cực tham gia vào lĩnh vực việc cố gắng thúc đẩy CNNN để cải thiện tính loại pin có thị trường 36 Ngoài ra, thập kỷ qua, nhiều thiết bị vi điện (MEM) phát triển thương mại hoá số ứng dụng (chẳng hạn hệ thống khai triển túi khí ôtô, cảm biến chuyển động đột ngột điện tử học, máy quang phổ cận hồng ngoại) MEM thường chế tạo kỹ thuật vi mạch (chẳng hạn in lito, khắc), thiết bị sản xuất có chi tiết cấu phần cấp micron Gần đây, số lượng ngày tăng hệ thống điện nano (NEM) phát triển với mục tiêu tiếp tục giảm bớt kích thước chi tiết xuống cấp nano Một thách thức khiến cho NEM hạn chế tính khả dụng khâu nguồn điện Nhiều khi, nguồn điện lại lớn so với kích thước MEM/NEM Bởi thế, nhà khoa học tích cực nghiên cứu phương pháp tạo loại pin cấu trúc cấp nano để có nguồn điện thiết bị, chip nhằm tăng cường phạm vi ứng dụng thiết bị cực nhỏ Tiến CNNN bắt đầu có tác động lớn tới công nghệ pin mặt trời Các công ty, chẳng hạn Konarka, bắt đầu sử dụng hạt nano titani đioxyt phủ chất nhuộm để tạo khả nhận loại pin mặt trời mềm, nhiệt độ thấp hơn, Konarka sử dụng chất polyme mềm thay cho chất thuỷ tinh thông thường Điều tạo khả kết hợp pin mặt trời vào nhiều loại vật liệu (chẳng hạn vải, vật liệu xây dựng) Các nhà khoa học khác tìm cách kết hợp hạt nano với pin mặt trời nhằm mục đích nâng cao hiệu suất biến đổi Ví dụ, nhà khoa học trường đại học Toronto dùng chấm lượng tử (Quantum Dot) giúp pin mặt trời có tác dụng với vùng phổ hồng ngoại (có bước sóng lớn 800 nano) Gần đây, Konarka liên doanh với Evident để thay chất nhuộm hữu có pin mặt trời điểm lượng tử Mục tiêu họ tăng độ nhạy pin để tác dụng với phổ ánh sáng nhìn thấy, nâng cao hiệu suất pin Hiện trạng Hiện tương đối sản phẩm dạng thương mại loại pin pin mặt trời tăng cường CNNN Nhiều công trình nghiên cứu điện cực composit nano, pin cấu trúc cấp nano vật liệu nano dùng cho pin mặt trời thực trường đại học phòng thí nghiệm Tuy nhiên, có số lượng ngày tăng công ty bắt đầu áp dụng số tiến gần để đưa sản phẩm thương mại Ví dụ, Konarka nhận tài trợ để tạo pin mặt trời mềm phục vụ cho quân đội Mỹ, nhằm giảm bớt tải trọng nguồn điện mà binh sỹ cần mang theo Ngoài ra, số công ty mPhase Technologyes, Altair Nanotech Toshiba phát triển điện cực cấu trúc cấp nano với mục đích tăng tuổi thọ tốc độ phóng, nạp điện pin Đối với nguồn điện cung cấp cho MEM/NEM, cần nhiều R&D thiết bị biến thành sản phẩm thương mại Triển vọng tới năm 2020 Trong năm tới, nhiều cải tiến thiết kế điện cực cấu trúc pin có khả áp dụng vào loại pin có mặt thị trường Các công nghệ, chẳng hạn điện cực composit nano thâm nhập mạnh vào thị trường, công nghệ phù hợp với thiết kế pin thông thường Các phương án thiết kế pin chiều dựa vào cấu trúc nano có nhiều khả đưa thị trường Trong khoảng thời gian này, cấu trúc pin chiều chưa thay pin dùng cho điện thoại di động máy tính Tuy nhiên, có động lực thị trường quan trọng liên quan đến MEM NEM, với lợi ích lớn thu từ công nghệ tăng cường CNNN lên Cuối cùng, tiến việc sử dụng vật liệu nano cấu trúc nano có khả giúp đưa lại pin mặt trời mềm, hiệu suất cao Những công trình gần việc sử dụng điểm lượng tử pin mặt trời nâng cao tính nhờ CNNN khác cho thấy tiến CNNN giúp nâng cao hiệu biến đổi lên mức ngang chí lớn so với 37 pin mặt trời thương mại Nhờ hoàn thiện khâu chế biến, công nghệ pin mặt trời ngày kết hợp vào sản phẩm tiêu dùng khác, chẳng hạn vật liệu xây dựng (vật liệu làm trần/mái nhà), thiết bị điện tử (vỏ điện thoại di động máy tính) chí đưa vào vải (lều bạt đồ khoác bên ngoài) Ý nghĩa xã hội Một số ứng dụng công nghệ bị kìm hãm thách thức tiến liên quan đến công nghệ pin nguồn điện Những cải tiến lĩnh vực nguồn điện nâng cao tính CNNN có tiềm đem lại ảnh hưởng to lớn tới nhiều phương diện mà công nghệ tác động tới xã hội Một động lực thúc đẩy hoàn thiện pin khả cải thiện hoạt động ôtô chạy pin ôtô kiểu lai Một tác động quan trọng xã hội khả sử dụng loại pin cấu trúc cấp nano MEM/NEM Nhiều trường hợp, phận có kích thước lớn nguồn điện, đặc biệt điện cấp chip thiết bị Trong 15 năm tới, tiến lớn pin có kết cấu chiều giúp đem lại cảm biến và thiết bị truyền thông nhỏ hơn, có khả tự quản Sự cải thiện nguồn điện MEM/NEM tạo khả sử dụng rộng rãi thiết bị cho cảm biến nhỏ tự quản Bởi vậy, vấn đề xã hội tiềm ẩn bao gồm việc tạo khả theo dõi liên tục gia tăng, quản lý cảm biến vấn đề riêng tư có liên quan Cuối cùng, tiến pin mặt trời tác động tới việc ứng dụng nguồn điện phân tán Những pin mặt trời rẻ hơn, mạnh mềm kết hợp vào vải vật liệu xây dựng, gây thay đổi quan trọng tới kết cấu hạ tầng điện phân tán 5.3 Điện tử học tăng cường tính CNNN Tương tự cảm biến, CNNN có tiềm đem lại nhiều tiến cho điện tử học năm tới Tuy nhiên, đường tới việc kết hợp phát kiến khoa học nano vào ứng dụng thương mại, đặc biệt trường hợp thiết kế chip mạch tích hợp, đầy thách thức đặt Không lĩnh vực khác, CNNN bắt đầu đóng vai trò, CNNN trình liên quan với CNNN công nghệ tạo khả cho xử lý tích hợp từ thập kỷ 90 Tuy nhiên, để Định luật Moore tiếp tục diễn ra, cần phải có tiến vật liệu lẫn quy trình Bộ xử lý Pentium Intel chứa tranzito kích cỡ 60 nano, với màng dày 1,5 nano Để trì Định luật Moore cần phải có chi tiết nhỏ hơn, chí màng mỏng Tuy nhiên, chi tiết tiếp tục giảm kích thước, tính chất vật lý hoá học bị thay đổi không đáp ứng yêu cầu cần thiết để đảm bảo chức mạch tích hợp Báo cáo thường niên Lộ trình Công nghệ Bán dẫn Quốc tế (ITRS) vạch thách thức liên quan tới khía cạnh thiết kế chế tạo mạch tích hợp công nghệ cần thúc đẩy muốn trì Định luật Moore Năm 2003, Intel đưa nút công nghệ1 90 nano Theo lịch trình, mạch tích hợp dùng công nghệ phát triển cho nút công nghệ 65 nano bắt đầu vào sản xuất năm 2005 Theo ITRS, có số thách thức lớn đặt cho thiết bị logic (chẳng hạn xử lý) lẫn nhớ liên quan đến việc đạt tới nút công nghệ 45 nano mà có triển vọng đưa năm 2009 Các nhà khoa học kỹ sư phải phát triển chiến lược để áp dụng thiết kế vào kỹ thuật chế tạo hiên có, phải đảm bảo chi phí sản xuất chip không tăng lên nhiều Các “ứng viên” công nghệ giai đoạn phát triển sơ khai, đòi hỏi phải nghiên cứu nhiều để sản xuất với số lượng lớn có dung sai nhỏ nhằm đáp ứng yêu cầu ngành bán dẫn Ngoài ra, có tiến CNNN đưa lại để giúp ngành công nghiệp bán dẫn giữ Theo ITRS 2004, nút công nghệ định nghĩa giai đoạn khác dọc theo lộ trình phát triển thiết bị bán dẫn Ví dụ, DRAM phải trải qua nút công nghệ 180, 130, 90, 65, 45 32 22 nano 38 tốc độ phát triển tốt thập kỷ tới, công trình nghiên cứu cách thức thích hợp tranzito hệ vào chip (đó chưa nói đến việc tích hợp hàng triệu tranzito lên chip) Ngoài ra, nghiên cứu cấu trúc có sử dụng CNNN hạn chế tiềm tồn mật độ lớn vậy2 Ngoài ra, chi phí liên quan đến thiết kế xây dựng nhà máy chế tạo mạch tích hợp đắt Xây dựng nhà máy sản xuất chip máy tính dùng wafer 200mm tốn 1,2-1,5 tỷ USD Nhà máy sử dụng wafer 300mm có tổn phí xây dựng lên tới tỷ USD Wafer có kích thước lớn số lượng chip đồng thời sản xuất lớn Bởi vậy, cách sử dụng wafer lớn, ngành công nghiệp giảm chi phí, nhà ưu tiết kiệm quy mô Tuy nhiên, chi phí liên quan đến việc sử dụng vật liệu (phi CMOS, chẳng hạn ống nano cacbon) làm tăng chi phí sản xuất Mặc dù vậy, tiến khác CNNN cho phép chế tạo xử lý thông thường phạm vi chất vật liệu rộng (tức polyme) Điều tạo khả có thiết bị tính toán tương đối đơn giản để kết hợp vào hàng loạt sản phẩm tiêu dùng, thí dụ vải chuyên dụng, bao gói thương mại Ngoài cải thiện lực xử lý, phát minh CNNN đóng góp vào việc nâng cấp nhớ lẫn thiết bị lưu trữ Nhiều hạn chế thiết kế mạch tích hợp ảnh hưởng tới khả gia tăng mật độ nhớ khả lưu trữ liệu Các nhà khoa học kỹ sư sử dụng CNNN để tạo chi tiết nhỏ hơn, giúp tăng mật độ nhớ dung lượng chúng Khu vực hàn lâm công nghiệp nghiên cứu sử dụng tiến khác CNNN để có phương pháp việc lưu trữ truy cập liệu Ví dụ, Hãng IBM sử dụng mạng đầu mũi thiết bị hiển vi lực nguyên tử để làm biến dạng màng mỏng polyme, tạo công cụ ghi liệu (Millipede) Hãng Nantero phát triển nhớ dựa vào ống nano cacbon, gọi NRAM, có khả lưu trữ liệu ngắt điện Triển vọng tới năm 2020 Tới năm 2020, mạch tích hợp đạt tới giới hạn vật lý thiết kế mạch CMOS thông thường Vật liệu bán dẫn (silic, germani, galli-arsenua) vật liệu hầu hết mạch tích hợp Mạch tích hợp nhà chế tạo thiết bị áp dụng thiết kế cấu trúc CMOS phi kinh điển để đáp ứng yêu cầu nút công nghệ 16 nano Những mặt hạn chế kinh tế việc thiết kế xây dựng nhà máy sản xuất mạch tích hợp lớn Do chi phí liên quan đến việc xây dựng nhà máy cao, nên nhà sản xuất chip tiếp tục nỗ lực nâng cao hiệu cách tối ưu hoá quy trình vật liệu sử dụng Các nhà máy sản xuất mạch tích hợp cố gắng tìm kiếm loại thiết kế khác (như cấu trúc chiều) để tiếp tục trì Định luật Moore năm 2020 Các chip thiết bị máy tính có khả chuyên dụng hoá hơn, cho phép cải thiện hoạt động mà không cần tăng tốc độ xử lý Các nhà thiết kế mạch tích hợp đa dạng hoá sản xuất loạt xử lý chuyên dụng để trì thị phần Các hệ thống thiết kế vật liệu phi CMOS (như ống nano cacbon, chuyển mạch phân tử) xuất với số lượng hạn chế chưa đạt hiệu kinh tế để thương mại hoá đại trà Các thách thức liên quan đến việc xây dựng cấu trúc chip nano lớn, kể mặt chi phí lẫn tính nói chung Tuy nhiên, khả sản xuất thiết bị tính toán đơn giản, có lực tương đối thấp, loạt loại chất nền, kể hệ thống mềm giúp cho chúng ngày kết hợp nhiều vào hàng tiêu dùng Mạch tích hợp đưa vào mặt hàng vật Chip tích hợp Intel 8086 (đưa năm 1978) có khoảng 29.000 tranzito Pentium (đưa năm 2000) có khoảng 42 triệu tranzito chip 39 liệu bao gói, vải thiết bị y tế trở nên đơn giản chuyên dụng bắt đầu sử dụng rộng rãi Các cải tiến nguồn điện nhớ góp phần làm cho mạch tích hợp thiết bị điện tử ngày nhúng vào hàng tiêu dùng phương diện Những tiến phương tiện lưu trữ liệu phi truyền thống, chẳng hạn Millipede IBM, cho phép sử dụng phạm vi thiết bị sản phẩm rộng Ý nghĩa xã hội ứng dụng Tới năm 2020, có khả thiết bị tích hợp đưa vào loạt hàng hoá sản phẩm tiêu dùng Những mặt hàng vải mặc kết hợp với thiết bị tính toán đơn giản, ví dụ để theo dõi tham số quan trọng liên quan đến sức khoẻ người, ứng dụng chuyên môn khác Các cấu tích hợp cho phép gia tăng chức cho chip nhận dạng FRID, giúp cải thiện công tác hậu cần quản lý chuỗi cung cấp Tuy nhiên, chip FRID có hoàn thiện, cấu tương đối đơn giản nên không gây nhiều nguy bí mật riêng tư so với mức độ gây ngày sử dụng công nghệ FRID Sự sử dụng gia tăng công nghệ FRID vượt khả thu thập quản lý tất thông tin tiềm có thông tin phục vụ cho chức định Tới năm 2020, có khả người có số lượng ngày tăng thiết bị tự động cho cá nhân (điện thoại di động, camera số, thiết bị chứng thực cá nhân để tiếp cận quản lý tài khoản liệu y tế) Tới năm 2020, việc quản lý thông tin thiết bị chuyên dụng giống với cố gắng để quản lý thông tin Internet 5.4 Tiến CNSH nano Các cảm biến tăng cường tính CNNN có tác động lớn tới lĩnh vực CNSH cấp nano Nhiều tiến đạt việc cảm nhận hệ thống sinh học (như protein vi sinh vật) tượng sinh học phân tử (như nhận dạng ADN quy trình sinh học) tạo khả hoàn thiện cảm biến nano Các cảm biến mà ta bắt đầu chế tạo phù hợp với quy trình sinh học cần quan tâm nghiên cứu, tạo khả tiến hành thử nghiệm xét nghiệm mà trước khó thực hiện, tốn thời gian chưa tồn Nghiên cứu CNSH nano tiềm cải thiện phương pháp phát sinh học, mà phương diện khác sinh học, bao gồm việc phát minh dược phẩm, phóng nạp thuốc, phương pháp phẫu thuật, khả tương hợp sinh học, chẩn đoán, cấy ghép chí phân chi giả Các lĩnh vực nghiên cứu tích hợp khác CNSH nano bao gồm dụng cụ quang phổ để mô tả đặc trưng trình sinh học, cấu trúc nano nhân tạo sinh học, vật liệu để chọn lựa cảm biến sinh học, cấu trúc nano chức để kiểm soát trình phóng nạp thuốc Nghiên cứu CNSH nano đem lại xuất lĩnh vực máy tính máy tính ADN, có tiềm lớn để giải toán phức tạp Triển vọng tới năm 2020 Tới năm 2020, số tiến tạo ra, cho phép thực việc xét nghiệm phát nhanh hơn, xác mẫu sinh học Những cải thiện công nghệ cảm biến cho phép nhận thiết bị có khả động thực số loại hình phát sinh học thực địa mà cần can thiệp tối thiểu người Nghiên cứu vật liệu chất phủ cấu trúc cấp nano giúp hoàn thiện phận giả, với diện tích bề mặt gia tăng khả tương hợp sinh học để phát triển xương không bị chối bỏ Nhiều trường hợp, khả thể để chịu đựng, chí chấp nhận có mặt vật liệu cấu lạ tăng cường nhờ cải tiến CNSH nano 40 Những cải thiến cảm biến, mạch tích hợp nguồn điện tạo khả giám sát sinh học thụ động tích cực, để theo dõi bệnh nhân 5.5 Triển vọng phương pháp lắp ráp phân tử Các nhà khoa học từ lâu tìm kiếm khả có lực chế tạo tự nhiên để chế tạo vật liệu, thiết bị phương pháp từ lên, với việc thao tác nguyên tử Việc chế tạo thông thường nhiều sản phẩm, tiếp tay CNNN (như chip máy tính, MEM), lượng vật liệu lớn từ khử bỏ dần thông qua nguyên công cắt gọt, khắc mài để tạo cấu phần cấp nano, nghĩa theo phương pháp từ xuống Phương pháp chế tạo từ lên, hay gọi chế tạo cấp phân tử, lắp ráp phân tử coi điều tuyệt vời CNNN Đây có lẽ điều gây kinh sợ nhiều kỷ nguyên CNNN lên Để thực việc chế tạo cấp phân tử cần phải trang bị số kỹ thuật kèm theo Một phải tìm chi tiết để từ tạo dựng nên đối tượng cần thiết Những chi tiết phải bền vững vật lý, ổn định mặt hoá học, dễ thao tác mức độ phải linh hoạt chức Một số chuyên gia thuộc lĩnh vực đề xuất việc sử dụng cấu trúc giống kim cương tạo từ cacbon làm chi tiết để chế tạo bánh răng, rôto v.v Cũng dùng phân tử khác làm chi tiết tạo lực kết hợp khác, chẳng hạn cấu trúc gây phản ứng hoá học Cần có thêm công trình bổ sung lĩnh vực lập mô hình tổng hợp cấu trúc phân tử thích hợp, số nhóm nghiên cứu phấn đấu cho mục đích Dresselhaus nhóm khác tạo chi tiết phân tử phù hợp cho cấu trúc Lĩnh vực lớn thứ hai phát triển khả lắp ráp cấu trúc phức tạp dựa thiết kế cụ thể Một số nhà nghiên cứu tiến hành cách tiếp cận khác để giải vấn đề Đang phát triển kỹ thuật khác để định vị phân tử/nguyên tử Một cách tiếp cận Quate, Mc Donald Eigler sử dụng kính hiển vi lực nguyên tử có đầu dò nhỏ để dịch chuyển nguyên tử phân tử bổ sung thêm lực vật lý hoá học Một cách tiếp cận Prentiss, ông sử dụng laze để định vị phân tử vào chỗ cần thiết Một số nhóm nghiên cứu nhằm vào kỹ thuật lắp ráp hoá học, bao gồm cách tiếp cận Whiteside xây dựng cấu trúc từ lớp phân tử Lĩnh vực thứ ba phát triển thiết kế kỹ thuật hệ thống Các hệ thống phân tử phức tạp cấp vĩ mô đòi hỏi nhiều đến công việc thiết kế phần, thiết kế tổng thể, kết hợp hệ thống, giống hệ thống chế tạo phức tạp Mặc dù vấn đề thiết kế tách phần lớn cấp phận, đòi hỏi khối lượng tính toán lớn để phục vụ việc thiết kế kiểm định Cũng cần phải tiến hành kiểm tra yếu tố kỹ thuật dung sai, khuyết tật, độ nguyên vẹn vật lý độ ổn định hoá học Một số chuyên gia lĩnh vực vạch đường phát triển tiềm lĩnh vực chế tạo cấp phân tử, phân theo quy mô tổng thể, công nghệ chế tạo, độ phức tạp hệ thống, vật liệu dùng cho cấu phần v.v Một số phương án dự báo đời đoàn rôbôt nano làm việc để lắp ráp cấu trúc (là chi tiết chứa khoảng 100 đến 10.000 phân tử) Những quan điểm khác tiên tiến đề xuất nguyên tắc hoá học sử dụng nguyên liệu hoá chất đơn giản để nhận chi tiết chứa 108-109 phân tử Mặc dù lĩnh vực chế tạo cấp phân tử có triển vọng đem lại thay đổi lớn cho toàn cầu (chẳng hạn việc đào tạo lại số lượng lớn nhân lực, hội cho nước để nắm bắt theo đuổi mô hình chế tạo mới, biến đổi nước di sản kết cấu hạ tầng sản xuất), chưa biết cụ thể công nghệ đề cập Tuy nhiên, có tiến lớn việc phát triển công nghệ thành phần giai đoạn đầu lĩnh 41 vực chế tạo cấp phân tử, đối tượng chế tạo từ phân tử đơn giản Mặc dù chi tiết để làm nên hệ thống tồn giai đoạn nghiên cứu, có sở để hy vọng 10 năm đến phát triển khả tích hợp chúng Một hệ thống lắp ráp cấu trúc có chứa 100-10.000 cấu phần kích thước toàn lên tới hàng chục micron Một loạt đột phá quan trọng đẩy nhanh nhiều tốc độ tiến lĩnh vực này, xem đến năm 2015 chưa áp dụng phương pháp chế tạo cấp phân tử để tạo đối tượng cấp vĩ mô 5.6 Các linh kiện phân tử sinh học điện tử học phân tử Những linh kiện điện tử học phân tử hoạt động chuyển mạch logic thông qua phản ứng hoá học nhờ sử dụng hợp chất hữu tổng hợp Những linh kiện lắp ráp với liên kết hoá học với số lượng lớn tổ chức thành dạng máy tính Ưu điểm cách tiếp cận giảm nhiều mức tiêu thụ lượng linh kiện Đã có số cách tiếp cận đưa so với linh kiện thông qua thực nghiệm chứng tỏ chúng có khả để làm chuyển mạch logic Một số nhóm nghiên cứu đề xuất phương pháp kết nối linh kiện ống nano cacbon Đã có số bước tiến đạt nâng nhiệt độ hoạt động linh kiện lên gần nhiệt độ phòng, tạo trình chuyển mạch thuận nghịch tăng cường độ dòng điện mà linh kiện chuyển mạch Vẫn số vấn đề lên liên quan đến điện tử học phân tử Một vấn đề nhớ phân tử phải có khả trì trạng thái, tương tự máy tính số Ngoài ra, trình chế tạo lắp ráp linh kiện có chứa sai sót nên cần phải phát triển cấu trúc máy tính có khả dung hoà sai sót Việc kết nối linh kiện với ống nano cacbon (hay công nghệ khác) thách thức Nhiều hoạt động nghiên cứu thực lĩnh vực Mặc dù có tiến đáng kể lĩnh vực thực nghiệm, với khoảng thời gian từ đến 2015, máy tính phân tử chưa đời, lĩnh vực hấp dẫn so với máy tính điện tử truyền thống Những vấn đề ảnh hưởng liên quan Lịch sử máy tính 50 năm vừa qua chứng kiến thay đổi lớn lao công nghệ (từ đèn điện tử chuyển sang linh kiện bán dẫn), với thay đổi tương ứng khả tính toán mà quan niệm giá trị máy tính Những suy nghĩ coi máy tính công cụ tính toán tuý phải nhường chỗ cho quan điểm ứng dụng máy tính để tăng lực cá nhân, với tác động thiết bị vi xử lý Khi lực vi xử lý tăng lên theo hàm số mũ, gần ngày coi công cụ để phục vụ cho phương tiện xã hội hoá Việc mở rộng thêm nhánh công nghệ máy tính tương lai định chủ yếu nhân tố: khái niệm, phát triển đưa vào sử dụng ứng dụng cần đến khả tính toán mạnh nhiều khả công nghệ để đáp ứng yêu cầu Những ứng dụng luôn khó dự báo trước, không khó việc đoán trước hệ công nghệ trở nên phổ biến Kinh nghiệm năm qua máy tính cá nhân viễn thông cho thấy công nghệ truyền bá nhanh nước phát triển so với nước phát triển Đối với câu hỏi lại phát triển công nghệ, phần thắng 10 năm tới thuộc máy tính số truyền thông dựa vào công nghệ vi điện tử bán dẫn Do bước tiến tiếp tới chắn, thật khó hình dung kịch bản, công nghệ cạnh tranh khác (như máy tính lượng tử, máy tính phân tử v.v ) có ưu tính hoạt động mà lại có giá cạnh tranh Nhưng xét lâu dài, câu hỏi đặt cho giai đoạn 42 sau năm 2015 là: liệu máy tính silicon truyền thống tồn nữa? Nếu công nghệ máy tính khác trở nên đủ sức hấp dẫn cần phải cân nhắc hiệu kinh tế việc thay ngành công nghiệp bán dẫn ngành có liên quan Ví dụ, nhà công nghiệp lớn phải đứng trước lựa chọn việc có nên tiêu huỷ hội thị trường có lợi ích công nghệ tương lai, hay cạnh tranh liệt, hay đơn giản chấp nhận chúng Điều quan trọng là, tiếp cận hoàn toàn khác kiến trúc công nghệ loại toán thích hợp với chúng, điều tác động tới ứng dụng tương lai? Các hứa hẹn công nghệ nano có khả trở thành thực vào sau năm 2020, phải đương đầu với thách thức cạnh tranh trước trở nên quan trọng phạm vi toàn cầu Nội dung chủ yếu Dự báo RAN-Tổ chức phi lợi nhuận Mỹ chuyên nghiên cứu, phân tích vấn đề sách giải pháp để ứng phó hữu hiệu với thách thức đặt cho nghiên cứu KH&CN “Cuộc cách mạng công nghệ Toàn cầu” diễn từ năm 2020, với tác động kinh tế, xã hội khác biệt nước giới khả chiếm lĩnh thực ứng dụng công nghệ Cuộc cách mạng đem lại Biên soạn: TS Phùng Minh Lai 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Global Technology Revolution 2015, RAND Corp., 2001 Global Technology Revolution 2020, RAND Corp., 2006 Global Technology Revolution 2020 China, RAND Corp., 2009 NISTEP, th Technology Forecasting Survey, Japan 2005 National Academy of Engineering, “The Engineer of 2020: Visions of Engineering in the New Century”, NAE report, (2004) ED2030 Conference website: http://dal.asu.edu/engdesign/index.htmlhttp://dal.asu.edu/engdesign/index.html C Cruz-Neira, J Vandenbrande, B Bettig, D Brown, J Duncan, M Ganter, S Gupta, J Kunz, R Neal, M Shepard, R Riesenfeld, S Wall, T Wu, “FG2 Report: Information & Computing Technology and Tools for Product Development”, ”, Sep 20th, 2004 P Wright, L Gutkowski, D Brei, D Cegalarek, J Groza, K Huebner, A Kusiak, Y Jin, L Leifer, R Sriram, J Vance, N Vargas, “FG4 Report: A New Perspective on Engineering Design that Specifically Includes Innovation Science”, Sep 20 th, 2004 D Durham, “Directions in Engineering Design at NSF”, plenary presentation, ED2030 Workshop, March 2003 Rangan R., Chadha B., “Engineering Information Management to Support Enterprise Business Processes”, JCISE, V1(1), pp 32-40, March 2001 IPTS Futures Project 1999, Technology Map, Series No.11, EUR 19031 EN George Washington NRC Visionary Challenges for Manufacturing for 2020 SCSI (2003) “Riding the innovation wave: The case for increasing business investment in R&D” House of Representatives Standing Committee on Science and Technology J O Kephart and D M Chess, The Vision of Autonomic Computing, IEEE Computer, 36(1), 41–50, 2003 Technology Roadmaps; Industry Canada, April 2003 http://strategis.ic.gc.ca/epic/internet/intrm-crt.nsf/vwGenerated nter/Home Ahlqvist, Toni (2003) Keys to Futures: Societal Reflections on Developing Key Technologies and Their Impacts on Human Qualifications Burrill, Steven G (2002) Life Sciences: State of the Industry Life sciences and biotechnology A Strategy for Europe Communication from the Commission to the European Parliament, the Council, the Economic and Social Committee and the Committee of the Regions European Commission COM(2002) 27, Belgium 46 p Futurewatch: Biotechnologies to 2025, 3/2005 44 [...]... 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 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; 17 * 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 30... đào tạo công nhân vận hành máy móc, phi công điều khiển máy bay v.v… Với những công trình R&D gần đây, sẽ có ngày càng nhiều ứng dụng thực tế ảo vào môi trường sản xuất, chẳng hạn như để theo dõi và kiểm soát từ xa ở thời gian thực, để thiết kế và kiểm định tế bào/dây chuyền lắp ráp có sự tham gia của cả máy móc lẫn người công nhân vận hành 6 Các công nghệ lập mô hình và mô phỏng (M&S) Các công nghệ M&S... các công cụ khác để mô phỏng các hệ thống điện và điện tử, hệ thống điều khiển, hệ thống thuỷ lực và nhiệt Một số công trình nghiên cứu đang được tiến hành để mở rộng việc tích hợp đơn ngành giữa các công cụ thiết kế và mô phỏng sang các lĩnh vực đa ngành Để phối hợp các quy trình thiết kế của các nhóm đa ngành và phân tán rộng về mặt địa lý, nhiều công ty toàn cầu đã lợi dụng ưu thế của các công nghệ. .. 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