Trí tuệ nhân tạo (AI) đã được dùng trong nghiên cứu từ nhiều năm nay. Tuy nhiên, những đột phá gần đây trong học sâu, AI tạo sinh và các mô hình nền tảng đang cách mạng hóa quá trình khám phá khoa học vì chúng cho tỷ lệ dự đoán cấu trúc ngày càng tốt hơn. Chẳng hạn, các hệ thống AI như AlphaFold của Deep Mind có thể dự đoán chính xác các mô hình 3D của cấu trúc protein. Ngoài ra, AI cũng đã thành công trong việc phát hiện một họ kháng sinh mới và tạo ra các vật liệu cho pin hiệu quả hơn.
Theo nhận xét của Ủy ban cố vấn khoa học và công nghệ của tổng thống Mỹ, AI đang nổi lên như một công nghệ có khả năng “biến đổi mọi ngành khoa học và nhiều khía cạnh trong cách chúng ta tiến hành khoa học”.
Với tốc độ đổi mới hiện tại, AI được dự đoán có thể dẫn đến những tiến bộ trong các lĩnh vực (i) Chẩn đoán, điều trị và phòng ngừa bệnh tật, (ii) Vật liệu mới cho các công nghệ xanh thế hệ mới, (iii) Hiểu biết về sinh học và khoa học sự sống, (iv) Hiểu biết về trí não con người. v.v
Các quốc gia dẫn đầu về đầu tư và tài trợ cho AI khám phá khoa học trong giai đoạn 2021-2023:
2. Công nghệ tăng cường quyền riêng tư (Privacy-enhancing Technologies)
Nâng cao khả năng hợp tác dữ liệu toàn cầu
Dữ liệu lớn đang thay đổi nhiều mặt của cuộc sống. Tuy nhiên, những lo ngại về quyền riêng tư, an ninh và chủ quyền dữ liệu đã hạn chế mức độ chia sẻ và sử dụng những dữ liệu có giá trị cao ở cấp độ quốc gia và toàn cầu. Do vậy, cần phát triển các công nghệ đảm bảo việc chia sẻ an toàn các bộ dữ liệu lớn để đạt được những tiến bộ mới trong y sinh, chăm sóc sức khỏe, quản lý, tài chính, v.v
Trong những năm gần đây, đã có sự quan tâm ngày càng tăng đối với “dữ liệu tổng hợp” (synthetic data) - tức các dữ liệu do AI tạo ra. Loại dữ liệu này mô phỏng các xu hướng, đặc điểm của bộ dữ liệu gốc nhưng không chứa thông tin cụ thể có thể liên hệ đến một cá nhân cụ thể hoặc gây tổn hại cho tổ chức, chính phủ. Chúng loại bỏ nhiều hạn chế khi làm việc với dữ liệu nhạy cảm và mở ra những khả năng mới trong chia sẻ dữ liệu toàn cầu. Tuy nhiên, ngay cả những bộ dữ liệu tổng hợp ở cấp độ quốc gia vẫn có khả năng tiết lộ xu hướng của quốc gia đó nếu bị giải mã, và những lo ngại như vậy cần được khắc phục.
Cũng có sự quan tâm mới đối với “mã hóa đồng hình” (homomorphic encryption), một công nghệ từ những năm 1970, cho phép phân tích dữ liệu được mã hóa mà không cần truy cập trực tiếp vào dữ liệu thô. Mặc dù đầy hứa hẹn, nhưng mã hóa đồng hình tốn nhiều năng lượng và thời gian hơn để đạt được kết quả an toàn.
Tuy nhiên, những công nghệ trên vẫn còn hạn chế, đặc biệt trong việc bao quát các trường hợp ngoại lệ và bảo vệ dữ liệu khỏi các cuộc tấn công nhằm phục hồi dữ liệu gốc. Do đó, chúng cần được nghiên cứu thêm để khắc phục những hạn chế và đảm bảo an toàn cho thông tin.
Các quốc gia dẫn đầu về đầu tư và tài trợ cho công nghệ bảo vệ quyền riêng tư trong giai đoạn 2021-2023:
3. Bề mặt thông minh tái cấu hình (Reconfigurable Intelligent Surfaces)
Cách mạng hóa kết nối không dây
Các bề mặt thông minh tái cấu hình (RIS) là những bề mặt sử dụng siêu vật liệu, kết hợp với thuật toán thông minh và kỹ thuật xử lý tín hiệu tiên tiến để biến những bức tường và bề mặt thông thường thành các thành phần thông minh, phục vụ cho việc kết nối không dây. Tương tự như ý tưởng về "gương thông minh" có thể điều chỉnh hình ảnh phản chiếu, RIS cho phép kiểm soát chính xác sóng điện từ, giảm nhiễu sóng và năng lượng cần thiết để truyền sóng đi xa. Đồng thời, nó cũng có khả năng thích ứng cao và có thể điều chỉnh cấu hình một cách linh động theo thời gian thực.
Việc ra mắt 6G vào năm 2030 dự kiến sẽ dẫn đến yêu cầu cao hơn đối với những công nghệ hỗ trợ kết nối không dây như RIS. Công nghệ này hứa hẹn mang lại nhiều ứng dụng, từ nhà máy thông minh đến điều hành các mạng lưới giao thông và hạ tầng.
Các báo cáo tình báo thị trường cho thấy RIS đang trên đà phát triển và ứng dụng nhanh chóng. Một số công ty - bao gồm Rhode & Schwarz, Huawei, ZTE, Intel và Samsung - đều đang đầu tư vào các bề mặt thông minh tái cấu hình, gửi đi một tín hiệu mạnh mẽ rằng công nghệ này sẽ trở thành trung tâm của ngành viễn thông trong những năm tới.
Các quốc gia dẫn đầu về đầu tư và tài trợ cho công nghệ RIS trong giai đoạn 2021-2023:
4. Hệ thống trạm gốc di động bay trên tầng bình lưu (High Altitude Platform Stations)
Kết nối Internet đến vùng sâu, vùng xa
Hệ thống trạm gốc di động bay trên tầng bình lưu của khí quyển (HAPS) có thể cung cấp kết nối băng thông rộng cho người dùng cuối với phạm vi phủ sóng và hiệu suất mà vệ tinh hoặc tháp mặt đất không thể sánh được, đặc biệt là ở những khu vực địa hình khó khăn như núi, rừng hoặc sa mạc. Chúng hoạt động ở độ cao khoảng 20km so với mặt đất - thường ở dạng khinh khí cầu, khí cầu hoặc máy bay cánh cố định - và có thể hoạt động liên tục trong nhiều tháng.
Nhờ những tiến bộ về hiệu suất pin mặt trời, mật độ năng lượng pin, vật liệu composite nhẹ, hệ thống điện tử hàng không tự động và ăng-ten, kết hợp với việc mở rộng các băng tần và tiêu chuẩn hàng không mới, các trạm HAPS đang ngày càng trở nên khả thi về kinh tế để triển khai thương mại. Một số đơn vị sản xuất thiết bị đang thử nghiệm dịch vụ của HAPS.
Tuy nhiên, các trạm di động này đang vấp phải một số khung quy định về hàng không. Do vậy, một số bên như Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế (ICAO) đang tích cực thảo luận về các chính sách và hướng dẫn mới để cho phép triển khai HAPS một cách có trách nhiệm.
Công nghệ HAPS có thể đóng vai trò lớn trong việc tiếp cận giáo dục, y tế, hỗ trợ quản lý thảm họa, giám sát môi trường và những tình huống khẩn cấp - nơi thông tin kịp thời có thể cứu sống nhiều người.
Các quốc gia dẫn đầu về đầu tư và tài trợ cho công nghệ HAPS giai đoạn 2021-2023:
5. Tích hợp cảm biến và truyền thông (Integrated Sensing and Communication)
Xây dựng mạng lưới nhận thức số
Hàng thập kỷ phát triển riêng biệt công nghệ cảm biến và công nghệ truyền thông đã dẫn đến sự dư thừa các thiết bị với chức năng chồng chéo, gây ra tắc nghẽn thiết bị, lãng phí phổ tần và tổn thất tài chính. Tích hợp cảm biến và truyền thông (ISAC) giải quyết vấn đề này bằng cách đưa khả năng cảm biến và truyền thông vào một hệ thống duy nhất, tạo điều kiện cho việc thu thập và truyền dữ liệu một cách đồng thời.
ISAC giúp mạng không dây nhận biết môi trường xung quanh, cho phép triển khai những khả năng mới như định vị, lập bản đồ môi trường và giám sát cơ sở hạ tầng. Chúng mở ra một loạt ứng dụng mà các hệ thống truyền thông trước đây không thể thực hiện được. Ví dụ, các hệ thống giám sát môi trường sử dụng cảm biến và phân tích dữ liệu để theo dõi chất lượng không khí, nước, độ ẩm đất và điều kiện thời tiết để vận hành các trang trại thông minh. Các lưới điện thông minh được tích hợp cảm biến IoT có thể tự động giám sát hoạt động tiêu thụ và sản xuất điện tái tạo, đảm bảo cho toàn bộ lưới điện hoạt động an toàn và hiệu quả. Hoặc các hệ thống quang không dây có thể chiếu sáng và hiển thị liên mạch, đặc biệt có lợi trong những môi trường nhạy sáng như chăm sóc sức khỏe thông minh và sản xuất công nghiệp.
Tuy nhiên, việc hiện thực hóa tiềm năng của ISAC phụ thuộc vào việc vượt qua các trở ngại kỹ thuật, thống nhất các tiêu chuẩn truyền thông và đảm bảo sự kết nối giữa các mạng lưới. Thành công của công nghệ này còn phụ thuộc vào việc chúng có được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau hay không.
Các quốc gia dẫn đầu về đầu tư và tài trợ cho công nghệ tích hợp cảm biến và truyền thông trong giai đoạn 2021-2023:
(Còn nữa)