Trong thời gian qua, chúng ta đã chứng kiến những công nghệ mới đang ngày càng ảnh hưởng, chi phối đến đời sống thường ngày như: ứng dụng AI, robot tự học, các thiết bị y tế cá nhân hóa chính xác...

MIT Technology Review đề nghị tỉ phú công nghệ Bill Gate lựa chọn những phát minh có sức ảnh hưởng lớn tới đời sống hằng ngày của con người, những công nghệ mà theo ông, đã “làm thế giới trở nên tốt hơn” trong năm 2019.

Robot linh hoạt

Robot đang tự dạy mình cách quan sát và “cảm nhận” thế giới vật chất. Trong ảnh là cánh tay Dactyl học cách xoay khối đồ chơi.
Robot đang tự dạy mình cách quan sát và “cảm nhận” thế giới vật chất. Trong ảnh là cánh tay Dactyl học cách xoay khối đồ chơi.

Khi nói về máy móc đảm nhận công việc, những con robot công nghiệp vẫn còn rất vụng về và không linh hoạt. Một con robot có thể liên tục nhặt một bộ phận trên dây chuyền liên tục với độ chính xác cao đáng kinh ngạc, và không bao giờ cảm thấy “buồn chán” nhưng nếu di chuyển vật thể nửa inch, hoặc thay thế thứ gì đó hơi khác, máy sẽ lục lọi lung tung hoặc lướt qua xem như không thấy.

Trong khi robot chưa thể được lập trình để tìm cách nắm bắt vật thể khi nhìn vào nó - như là con người, thì hiện nay, nó có thể tự mình học và vận dụng những bài học thông qua thử nghiệm ảo và sửa lỗi.

Dactyl là một dự án như vậy – do tổ chức phi lợi nhuận OpenAI ở San Francisco thực hiện, đã thiết kế một robot tự dạy mình lật một khối đồ chơi xây dựng trong những ngón tay của nó. Dactyl gồm một bàn tay robot off-the-shelf được bao quanh bởi một loạt đèn và máy ảnh, sử dụng chương trình gọi là học tăng cường, phần mềm mạng thần kinh này học cách nắm bắt và xoay khối đồ chơi trong môi trường mô phỏng trước khi bàn tay thực hiện. Các thí nghiệm như vậy lúc đầu được thiết kế ngẫu nhiên, sau đó tăng cường hoạt động qua các lần thử nghiệm sau và ngày càng gần với mục tiêu cuối cùng trong việc mô phỏng cách con người hoạt động.

“Chúng ta sẽ cần những bước đột phá hơn nữa để robot thành thạo và khéo léo có trong nhà kho hay nhà máy thật sự. Nhưng nếu việc học tập này đáng tin cậy, nó có thể lắp ráp các linh kiện cho chúng tôi, cải tiến máy rửa chén của chúng tôi hay thậm chí có thể giúp bà ngoại ra khỏi giường” Will Knight, cây viết bình luận về công nghệ AI của MIT Technology Review nhận xét.

Làn sóng mới về năng lượng hạt nhân

Lò phản ứng nhiệt hạch tiên tiến.
Lò phản ứng nhiệt hạch tiên tiến.

Các thiết kế hạt nhân mới đã đạt được những thành tựu nhất định trong năm qua và hứa hẹn sẽ làm cho nguồn năng lượng này rẻ và an toàn hơn. Trong số đó có lò phản ứng phân hạch thế hệ IV, lò phản ứng công suất nhỏ; và các lò phản ứng nhiệt hạch. Các nhà phát triển thiết kế lò phân hạch thế hệ IV, như công ty Năng lượng mặt đất của Canada và Công ty TerraPower có trụ sở tại Washington, đã cùng hợp tác trong nghiên cứu và phát triển sản phẩm, nhằm mục đích có thể cung cấp lưới điện vào những năm 2020.

Các lò phản ứng công suất nhỏ thường sản xuất trong hàng chục megawatt điện (một lò phản ứng hạt nhân truyền thống sản xuất khoảng 1.000 MW). Các công ty như NuScale của Oregon cho biết các lò phản ứng nhỏ này có thể tiết kiệm tiền, giảm rủi ro tài chính và môi trường.

Dự đoán sinh non

Một xét nghiệm máu đơn giản có thể dự đoán nguy cơ sinh non.
Một xét nghiệm máu đơn giản có thể dự đoán nguy cơ sinh non.

Vật liệu di truyền thường nằm trong tế bào. Tuy nhiên, một lượng nhỏ DNA và RNA tự do tồn tại trong máu, phóng thích từ các tế bào chết. Ở phụ nữ có thai, những vật liệu tự do đó là hỗn hợp vật liệu di truyền của thai nhi, nhau thai và mẹ.

Stephen Quake, một nhà nghiên cứu sinh học tại Stanford, đã tìm ra cách sử dụng nó để giải quyết một trong những vấn đề thách thức nhất của y học hiện nay: cứ 10 em bé thì có khoảng một em bé sinh non.

DNA và RNA tự do có thể mang lại thông tin mà trước đây, phải xâm lấn để lấy tế bào, ví dụ như sinh thiết khối u hoặc chọc ối. Hiện nay, việc phát hiện và giải trình tự từ một lượng nhỏ vật liệu di truyền không có tế bào trong máu trở nên dễ dàng hơn. Những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu phát triển các xét nghiệm máu cho bệnh ung thư (bằng cách phát hiện DNA từ các tế bào khối u) và để sàng lọc trước các tình trạng như hội chứng Down.

Các xét nghiệm này dựa trên việc tìm kiếm các đột biến di truyền trong DNA, RNA, mặt khác, là phân tử điều chỉnh sự biểu hiện gene, bao nhiêu protein được sản xuất từ ​​một gene. Bằng cách giải trình tự RNA tự do trong máu của người mẹ, Quake có thể phát hiện ra sự dao động trong biểu hiện của bảy gene mà anh ta phát hiện ra có liên quan đến sinh non. Điều đó cho phép anh ta xác định phụ nữ có khả năng sinh quá sớm. Sau khi được cảnh báo, các bác sĩ có thể thực hiện các biện pháp ngăn chặn việc sinh non và đứa trẻ có cơ hội sống tốt hơn. Xét nghiệm máu nhanh chóng, dễ dàng và có giá chỉ dưới 10 USD cho một phép đo đã được thương mại hóa.

Đầu dò ruột trong một viên thuốc

Thiết bị đầu dò có thể ghi nhận chi tiết hình ảnh của ruột, có thể nuốt mà không cần gây mê, ngay cả trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ.
Thiết bị đầu dò có thể ghi nhận chi tiết hình ảnh của ruột, có thể nuốt mà không cần gây mê, ngay cả trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ.

Rối loạn chức năng môi trường đường ruột (EED) có thể là một trong những bệnh gây tốn kém nhất mà bạn chưa từng để ý đến. Căn bệnh này làm viêm ruột, thủng và hấp thu dinh dưỡng kém, phổ biến ở các nước nghèo và là một lí do tại sao nhiều bệnh nhân, đặc biệt là trẻ em ở các nước nghèo bị suy dinh dưỡng, chậm phát triển và còi xương. Không ai biết về nguyên nhân gây ra EED, cách phòng ngừa và điều trị.

Sàng lọc thực tế để phát hiện EED sẽ giúp nhân viên y tế biết khi nào cần can thiệp và làm thế nào. Các liệu pháp đã có sẵn cho trẻ sơ sinh, nhưng chẩn đoán và nghiên cứu các bệnh trong ruột của những đứa trẻ như vậy thường đòi hỏi phải gây mê cho trẻ và đặt một ống gọi là ống nội soi xuống cổ họng. Biện pháp đắt tiền, không thoải mái và không phù hợp với điều kiện thực tế ở nhiều khu vực trên thế giới.

Vì vậy, Guillermo Tearney, một nhà nghiên cứu bệnh học và kỹ sư tại Bệnh viện Đa khoa Massachusetts (MGH) ở Boston, đang phát triển các thiết bị nhỏ có thể được sử dụng để kiểm tra ruột để tìm dấu hiệu của EED và thậm chí lấy sinh thiết mô. Không giống như nội soi, chúng rất đơn giản để sử dụng trong lần khám đầu tiên.

Viên nang có thể nuốt được của Tearney chứa kính hiển vi thu nhỏ. Chúng được gắn vào một dây linh hoạt cung cấp năng lượng và ánh sáng trong khi gửi hình ảnh đến bảng điều khiển với màn hình. Nhân viên y tế có thể di chuyển viên nang tại các điểm cần chụp và lấy viên nang ra khi hoàn thành, khử trùng và tái sử dụng. Nó cũng có thể tích hợp thêm công nghệ để chụp toàn bộ bề mặt của đường tiêu hóa ở độ phân giải của một tế bào hoặc chụp ba chiều mặt cắt ngang sâu vài milimet.

Công nghệ này có một số ứng dụng; tại MGH, nó được sử dụng để sàng lọc thực quản Barrett, một dạng tiền thân của ung thư thực quản. Đối với EED, nhóm của Tearney đã phát triển một phiên bản nhỏ hơn để sử dụng cho trẻ sơ sinh không thể nuốt.

Vaccine ung thư cá nhân hóa

Phương pháp điều trị kích thích sự phòng vệ tự nhiên của cơ thể để tiêu diệt trúng đích các tế bào ung thư bằng cách xác định các đột biến duy nhất cho mỗi khối u.
Phương pháp điều trị kích thích sự phòng vệ tự nhiên của cơ thể để tiêu diệt trúng đích các tế bào ung thư bằng cách xác định các đột biến duy nhất cho mỗi khối u.

Các nhà khoa học đang trên đà thương mại hóa vaccine ung thư cá nhân hóa đầu tiên. Nếu kế hoạch đúng như mong đợi, thì vaccine giúp kích hoạt hệ thống miễn dịch của cơ thể để xác định khối u bằng các đột biến đặc trưng của nó và sau đó có thể chấm dứt một cách hiệu quả nhiều loại ung thư.

Bằng cách sử dụng hệ thống miễn dịch tự nhiên của cơ thể để tiêu diệt một cách có chọn lọc các tế bào khối u, vaccine này không giống như các hóa trị liệu thông thường mà sẽ hạn chế gây hại cho các tế bào khỏe mạnh. Các tế bào miễn dịch cũng có thể phát hiện bất kỳ tế bào ung thư di căn hay còn sót lại nào sau các điều trị ban đầu.

Ý tưởng về loại vaccine này đã bắt đầu hình thành từ năm 2008, năm năm sau khi Dự án giải mã bộ gene người hoàn thành, và các nhà di truyền học công bố trình tự đầu tiên của tế bào khối u ung thư.

Ngay sau đó, các nhà khoa học đã bắt đầu so sánh DNA của các tế bào khối u với các tế bào khỏe mạnh và các tế bào khối u khác. Các nghiên cứu này đã xác nhận rằng tất cả các tế bào ung thư đều chứa hàng trăm, hàng ngàn đột biến, hầu hết trong số đó là duy nhất cho mỗi khối u.

Vài năm sau, một công ty khởi nghiệp ở Đức có tên BioNTech đã cung cấp bằng chứng thuyết phục rằng loại vaccine chứa các bản sao của các đột biến này có thể xúc tác cho hệ thống miễn dịch của cơ thể để tạo ra các tế bào T có khả năng tìm kiếm, tấn công và tiêu diệt tất cả các tế bào ung thư chứa chúng.

Vào tháng 12/2017, BioNTech đã bắt đầu một thử nghiệm lớn về vaccine ở bệnh nhân ung thư, hợp tác với Genentech. Cuộc thử nghiệm đang diễn ra đang nhắm mục tiêu ít nhất 10 bệnh ung thư dạng rắn và lên tới 560 bệnh nhân trên toàn cầu.

Thịt nhân tạo

Thịt sản xuất trong phòng thí nghiệm và thịt có nguồn gốc thực vật đều được nghiên cứu để phát triển, với hương vị và giá trị dinh dưỡng xấp xỉ với thịt động vật nhưng ít gây hủy hoại môi trường.
Thịt sản xuất trong phòng thí nghiệm và thịt có nguồn gốc thực vật đều được nghiên cứu để phát triển, với hương vị và giá trị dinh dưỡng xấp xỉ với thịt động vật nhưng ít gây hủy hoại môi trường.

Liên hợp quốc dự đoán dân số thế giới khoảng 9,8 tỷ người vào năm 2050, và con người có xu hướng giàu hơn. Không phải xu hướng nào cũng tốt đối với biến đổi khí hậu, đặc biệt là khi mọi người thoát nghèo, họ có xu hướng ăn nhiều thịt hơn.

Tới lúc đó, các nhà khoa học dự đoán con người sẽ tiêu thụ thịt nhiều hơn 70% so với năm 2005. Và việc nuôi động vật hiện nay đang là một trong những tác nhân ảnh hưởng xấu đối với môi trường. Tùy thuộc vào loại động vật, sản xuất 1 pound thịt theo phương pháp công nghiệp hóa cần lượng nước gấp 4-25 lần, đất gấp 6-17 lần, nhiên liệu hóa thạch gấp 6-20 lần so với 1 pound protein thực vật.

Để hạn chế việc này, thay thế bằng thịt trong phòng thí nghiệp và thịt từ thực vật chính là những giải pháp tiềm năng. Sản xuất thịt nhân tạo trong phòng thí nghiệp bao gồm các bước: chiết xuất mô cơ từ động vật và nuôi cấy trong lò phản ứng sinh học. Sản phẩm cuối cùng sẽ y như thịt từ động vật, mặc dù hương vị vẫn còn chưa ngon và đa dạng bằng thịt động vật tự nhiên. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Maastricht ở Hà Lan, những người đang nghiên cứu sản xuất thịt trong phòng thí nghiệm, tin rằng họ sẽ có một chiếc burger nhân tạo vào năm tới. Tuy nhiên, hiện nay lợi ích môi trường từ loại thịt nhân tạo này vẫn còn thấp, theo báo cáo của Diễn đàn Kinh tế Thế giới gần đây cho biết lượng khí thải từ thịt nuôi trong phòng thí nghiệm sẽ chỉ thấp hơn khoảng 7% so với khí thải từ sản xuất thịt bò.

Còn thịt nhân tạo từ thực vật sẽ tác động tích cực hơn, giúp bảo vệ môi trường tốt hơn. Hiện nay các công ty như Beyond Meat và Impossible Food sử dụng protein đậu, đậu nành, lúa mì, khoai tây và dầu thực vật để mô phỏng kết cấu và hương vị của thịt động vật. Beyond Meat có một nhà máy 2.400 mét vuông ở California và đã bán được hơn 25 triệu bánh mì kẹp thịt ở 30.000 cửa hàng và nhà hàng. Theo phân tích của Trung tâm Hệ thống bền vững tại Đại học Michigan, một chiếc bánh kẹp Beyond Meat có thể sẽ tạo ra lượng khí thải nhà kính ít hơn tới 90% so với một chiếc burger thông thường được làm từ thịt bò.

Lọc carbon dioxit trong không khí

Phát triển những thiết bị có giá thành rẻ để thu khí CO2 từ không khí có thể làm giảm lượng khí thải nhà kính dư thừa.
Phát triển những thiết bị có giá thành rẻ để thu khí CO2 từ không khí có thể làm giảm lượng khí thải nhà kính dư thừa.

Ngay cả khi chúng ta đang nỗ lực giảm lượng khí thải carbon dioxide, hiệu ứng nhà kính có thể tồn tại hàng ngàn năm. Để ngăn chặn vấn đề này, hội đồng khí hậu của Liên Hiệp Quốc kết luận, thế giới sẽ cần phải loại bỏ khoảng 1 nghìn tỷ tấn carbon dioxide khỏi khí quyển ngay trong thế kỷ này.

Vào mùa hè năm ngoái, nhà khoa học khí hậu David Keith đã tính toán rằng về mặt lý thuyết, có thể sử dụng máy móc để lọc CO2 với giá dưới 100 USD một tấn, thông qua một phương pháp được gọi là lọc không khí trực tiếp.

Vấn đề là khi bắt được CO2, bạn sẽ làm gì với nó? Carbon Engineering, công ty khởi nghiệp Keith của Canada đồng sáng lập vào năm 2009 đã có kế hoạch mở rộng nhà máy thí điểm để tăng cường sản xuất nhiên liệu tổng hợp, sử dụng carbon dioxide thu được đó.

Nhà máy thu khí trực tiếp của Climeworks (có trụ sở tại Zurich, Ý) sẽ sản xuất khí mê-tan từ carbon dioxide và hydro, trong khi đó, nhà máy thứ hai ở Thụy Sĩ sẽ bán carbon dioxide cho ngành công nghiệp nước giải khát. Công ty Global Thermostat New York cũng đã hoàn thành việc xây dựng nhà máy thương mại đầu tiên tại Alabama vào năm ngoái.

Tuy nhiên, nếu nó được sử dụng làm nhiên liệu tổng hợp hoặc soda, thì carbon dioxide sẽ trở lại khí quyển. Mục tiêu cuối cùng là loại bỏ khí nhà kính. Do đó, giải pháp thêm vào có thể là sản xuất các sản phẩm như sợi carbon, polyme hoặc bê tông,… Hoặc đơn giản hơn là có thể chôn xuống lòng đất, nhưng điều này cũng khá tốn kém và không có mô hình kinh doanh nào có thể hỗ trợ.

Nhà vệ sinh tiết kiệm năng lượng

Nhà vệ sinh tiết kiệm năng lượng có thể xử lý chất thải tại chỗ  và hoạt động mà không cần hệ thống thoát nước.
Nhà vệ sinh tiết kiệm năng lượng có thể xử lý chất thải tại chỗ và hoạt động mà không cần hệ thống thoát nước.

Khoảng 2,3 tỷ người không có điều kiện vệ sinh tốt. Việc thiếu nhà vệ sinh phù hợp khiến mọi người đổ chất thải vào ao và suối gần đó, làm lây lan vi khuẩn, virus và ký sinh trùng có thể gây tiêu chảy và dịch tả.

Các nhà nghiên cứu đang phát triển một loại nhà vệ sinh mới đủ rẻ cho các nước đang phát triển, loại nhà vệ sinh này sẽ không chỉ xử lí chất thải mà biến chất thành những thứ hữu ích. Năm 2011, Bill Gate đã tạo ra giải thưởng X Thử thách thay đổi nhà vệ sinh. Một số đội đã đưa ra ý tưởng trong lĩnh vực này xoay xung quanh ý tướng chính là tất cả quá trình thải tại chỗ, không cần nhiều nước, và có thể mang nhà vệ sinh đến các vùng xa xôi.

Hầu hết các nguyên mẫu nhà vệ sinh được tạo ra không cần cống rãnh để thoát chất thải, nó trông giống các nhà vệ sinh truyền thống và được đặt trong các tòa nhà nhỏ hoặc thùng chứa. Trong đó, nhà vệ sinh NEWgenerator, được thiết kế tại Đại học Nam Florida, lọc các chất gây ô nhiễm bằng màng lọc kị khí. Một dự án khác do Biomass Controls có trụ sở tại Connecticut nghiên cứu là thiết kế một nhà máy có kích thước của một container vận chuyển; nó làm gia nhiệt chất thải để tạo ra vật liệu giàu carbon, có thể dùng làm phân bón.

Tuy nhiên những mô hình này vẫn chưa được áp dụng rộng rãi. Ví dụ, sản phẩm Biomass Controls được thiết kế cho hàng chục nghìn người dùng mỗi ngày vẫn chưa thể sử dụng cho các làng xã có quy mô nhỏ hơn chục nghìn người. Còn hệ thống vệ sinh khác do Đại học Duke phát triển thì chỉ sử dụng được cho các quy mô nhỏ vài hộ gia đình.

Vì vậy, thách thức bây giờ là làm cho các nhà vệ sinh này rẻ hơn và dễ thích nghi hơn với các cộng đồng có quy mô khác nhau.

Thiết bị theo dõi điện tâm đồ cá nhân (ECG)

Tiến bộ công nghệ đang giúp mọi người dễ dàng theo dõi trái tim hơn bằng các thiết bị đeo.
Tiến bộ công nghệ đang giúp mọi người dễ dàng theo dõi trái tim hơn bằng các thiết bị đeo.

Theo dõi tập thể dục không phải là thiết bị y tế quan trọng. Tập luyện ở cường độ cao hoặc thấp có thể gây ảnh hưởng đến cảm biến đọc xung. Cách tốt nhất để theo dõi tim, là các bác sĩ sử dụng điện tâm đồ để chuẩn đoán các bất thường có thể gây đột quỵ hoặc đau tim, nhưng yêu cầu bệnh nhân phải đến phòng khám – điều mà khó người nào có thể kịp thời thực hiện. Thì hiện nay, đồng hồ thông minh hỗ trợ ECG, một thiết bị đeo tiện lợi có thể cho kết quả gần với độ chính xác của y tế.

Thiết bị này do công ty khởi nghiệp AliveCor tại Thung lũng Silicon chế tạo ra, nó có thể phát hiện chứng rung tâm nhĩ, nguyên nhân thường gặp của cục máu đông và đột quỵ. Năm ngoái, hãng Apple đã phát hành tín năng ECG, tích hợp vào đồng hồ của họ. Công ty thiết bị y tế Withings cũng đã công bố kế hoạch sản xuất một chiếc đồng hồ được trang bị ECG ngay sau đó.

Trợ lý AI giao tiếp thông minh

Các kỹ thuật mới nắm bắt các mối quan hệ ngữ nghĩa đang giúp máy móc hiểu ngôn ngữ tự nhiên tốt hơn.
Các kỹ thuật mới nắm bắt các mối quan hệ ngữ nghĩa đang giúp máy móc hiểu ngôn ngữ tự nhiên tốt hơn.

Chúng ta đã sử dụng các trợ lý AI hằng ngày, như Alexa chơi nhạc trong phòng khách, Siri đặt báo thức trên điện thoại – nhưng không thực sự linh hoạt. Chúng làm đơn giản hóa cuộc sống của chúng ta, nhưng chỉ làm được một phạm vi chỉ thị hẹp và dễ dàng vấp phải những sai lệch.

Điều này có thể được giải quyết bởi các tiến bộ khoa học công nghệ gần đây. Vào tháng 6/2018, các nhà nghiên cứu tại OpenAI đã phát triển một kỹ thuật đào tạo AI trên các văn bản chưa được gắn nhãn để giảm chi phí, thời gian phân loại và gắn thẻ tất cả dữ liệu theo cách thủ công. Vài tháng sau, một nhóm tại Google đã đưa ra một hệ thống có tên BERT - đã học cách dự đoán những từ còn thiếu bằng cách nghiên cứu hàng triệu câu.

Với những cải tiến này cùng với việc tổng hợp giọng nói tốt hơn, đang cho phép chúng ta chuyển từ việc cung cấp các lệnh đơn giản để mở rộng ra các chức năng như ghi chú cuộc họp, tìm kiếm thông tin hay mua sắm trực tuyến.

Một số ứng dụng đã có sẵn: Google Duplex, bản nâng cấp giống như con người của trợ lý Google, có thể nhận cuộc gọi của bạn để sàng lọc những kẻ gửi thư rác và tiếp thị qua điện thoại. Nó cũng có thể thực hiện các cuộc gọi để bạn lên lịch đặt chỗ nhà hàng hoặc các cuộc hẹn thẩm mỹ viện.

Tại Trung Quốc, người tiêu dùng đang dần quen với Alibaba AliMe, nơi điều phối các gói giao hàng qua điện thoại và mặc cả về giá cả hàng hóa qua trò chuyện.