Hơn 700 nhà khoa học là thành viên của Tổ chức các kỹ sư điện- điện tử quốc tế (IEEE) đã tham gia cuộc khảo sát do Viện Tương lai học (IFTF) và Tạp chí Spectrum của IEEE tiến hành.

Cuộc khảo sát này (gọi tắt là IEEE Fellows) đã được tiến hành vào năm 2006 để biết được những phát triển nào sẽ xảy ra trong KH&CN trong vòng 10-50 năm tới. Chắc chắn, họ dự đoán những điều đó tốt hơn so với phần lớn các đối tượng khác, vì chính họ là những người đang phải thực hiện rất nhiều công trình để biến chúng thành hiện thực.

Nhìn chung, các nhà nghiên cứu tham gia cuộc khảo sát đều quy tụ vào những công nghệ sẽ được thực hiện ở trên Trái đất. Phần lớn các dự báo của họ đều không đề cập đến những thứ như thang nâng để vận chuyển hàng hoá/con người vào Vũ trụ. Họ cố không bị rơi vào ảnh hưởng của những lời quảng cáo rùm beng về tương lai, mà ra sức tìm kiếm cơ sở cho những dự báo về những công nghệ/kỹ thuật tiên tiến sẽ có nhiều khả năng xảy ra trong 5 thập kỷ tới.

Tuy nhiên, một số chuyên gia cũng tỏ ra miễn cưỡng, vì họ cho rằng không thể dự báo được KH&CN. Ở IFTF, mọi người cũng hoàn toàn nhất trí như vậy. Việc cố gắng dự đoán những sự kiện và thời điểm xảy ra cụ thể tốt hơn hết là để dành cho các nhà chiêm tinh học. Còn ở đây, các nhà khoa học chỉ tìm kiếm những tín hiệu, bao gồm những sự việc, những phát triển, những dự án, những khoản đầu tư, những ý kiến chuyên gia, v.v. tất cả những dữ liệu đó sau khi kết hợp lại sẽ toát lên những xu hướng chủ chốt của tương lai. Được quan sát như một hệ phức hợp, những tín hiệu này sẽ tiết lộ cho chúng ta biết các phát triển đó sẽ đưa nhân loại tới đâu.

Cuộc khảo sát đã nhận dạng 5 chủ đề mà những cán bộ chủ trì cho rằng sẽ là những “động mạch” chính của KH&CN 50 năm tới, đó là:

(1) Năng lực tính toán và băng tần rộng sẽ thừa thãi;
(2) Các cảm biến sẽ có mặt ở mọi vật dụng và ở mọi nơi, mọi lúc;
(3) Kết cấu hạ tầng gọn nhẹ;
(4) Thế giới vi mô;
(5) Sinh học mở rộng.

(1) Năng lực tính toán và băng tần rộng sẽ phổ biến rộng khắp

25 năm qua, chúng ta đã chứng kiến 2 làn sóng phát triển kết cấu hạ tầng công nghệ. Làn sóng thứ nhất bắt đầu vào thập kỷ 80, khi năng lực tính toán đã không còn tập trung vào các máy chủ, mà phân tán rộng ở các máy tính cá nhân (PC). Làn sóng thứ 2 bắt đầu vào thập kỷ 90, với sự truy cập rộng khắp của Internet, cũng như các năng lực truyền thông, bao gồm e-mail, nhắn tin tức thời, các công cụ truyền thông và công tác trực tuyến khác nhau và kết nối tốc độ cao. IEEE Fellows dự báo rằng 2 xu hướng trên vẫn đang tiếp diễn. Thực ra, 2 xu hướng này sẽ hội tụ lại, vì công nghệ kết mạng sẽ tạo khả năng tận dụng được vô số năng lực xử lý mà ngày nay vẫn chưa phát huy được tác dụng. Larry Smarr, Giáo sư về KHCN máy tính ở trường Đại học California nhận xét: “Trên Internet có tới một tỷ PC và 98% số đó có thể tận dụng để tính toán. Đó cũng giống như một máy tính có một tỷ bộ vi xử lý mà chưa một ai biết tận dụng”.

Nhân loại sẽ làm gì ở trong một kỷ nguyên mà năng lực máy tính có được một cách thừa thãi như vậy? Theo IEEE Fellows, mọi người sẽ tiến hành các công trình tính toán có mức độ tinh xảo rất cao, chẳng hạn như khai thác sâu dữ liệu, ví dụ để tìm ra các mô thức trong những khối lượng dữ liệu khổng lồ và để xây dựng những mô hình và mô phỏng các hiện tượng ngày càng phức hợp, là một ví dụ ban đầu về trường hợp thứ nhất, còn lập mô hình khí hậu là một ví dụ quen thuộc của trường hợp sau. Ngoài ra, các thuật toán tinh xảo sẽ đem lại khả năng nhận dạng chữ viết gần như hoàn hảo, xử lý ngôn ngữ tự động ở thời gian thực và nhận dạng lời nói phi cấu trúc.

Các nhà sinh học đang nhanh chóng trở thành người sử dụng đắc lực đối với những nguồn tài nguyên toán học và điện toán này. Ta sẽ lập bản đồ gen, sinh học, thậm chí cả bộ não của ta với độ phân giải tăng theo hàm số mũ. IEEE Fellows nhất trí rằng 50 năm tới, ta sẽ có các mô hình điện toán chính xác cho các giác quan của con người: thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác và vị giác. Tuy nhiên, đối với khả năng lập mô hình nhận thức của con người thì IEEE Fellows có sự phân hoá.

Một mặt, các chuyên gia này tin chắc rằng chẳng bao lâu nữa, nhân loại sẽ khai thác được sự gia tăng mạnh mẽ về năng lực tính toán để hoàn thiện việc lập mô hình khí hậu, đặc biệt là việc lập mô hình tác động của thời tiết mặt trời lên khí hậu Trái đất. Tiếc rằng, trong 50 năm tới ta vẫn chưa có khả năng dự báo chính xác động đất để đủ thời gian di tản mọi người ra khỏi khu vực nguy hiểm.

Phần lớn các dự báo của IEEE Fellows đều cho rằng trong 10 năm tới, các đồ hoạ máy tính tương tác sẽ sống động y như thực, khiến khó có thể phân biệt đâu là thực, đâu là ảo ở trên màn hình. Mọi người ai cũng đều có khả năng thực hiện được các kỹ thuật mô phỏng tinh xảo, giúp họ có thể nhìn, nghe, thậm chí còn cảm giác thấy những yếu tố đầu vào và đầu ra. Alan Kay, nhà tiên phong về máy tính, tin rằng nhân loại đang ở trong buổi bình minh của một môn học mới-hiểu biết mô phỏng (Simulation Literacy). Hãy hình dung bạn có khả năng tạo ra các mô phỏng để biết được hình thể của bạn sẽ như thế nào sau một thời gian ăn kiêng hoặc chạy bộ 16 km/ngày.

(2) Các cảm biến có mặt ở mọi vật dụng và mọi nơi, mọi lúc

Các cảm biến thông minh, kích thước cực nhỏ sẽ ngày càng được “nhúng” vào các vật dụng và nơi chốn hàng ngày, hình thành nền tảng của kết cấu hạ tầng cảm biến. Một vấn đề được sự nhất trí cao nhất của IEEE Fellows, đó là sự nở rộ của các cơ cấu dựa vào FRID (thẻ nhận dạng bằng tần số vô tuyến). 95% số nhà khoa học trả lời phiếu điều tra cho rằng điều này rất có thể xảy ra, trong đó gần 2/3 tin rằng nó sẽ xảy ra trong 10 năm tới. Phần lớn số cán bộ tham gia vào IEEE Fellows đều dự báo về sự phổ biến rộng khắp của các “hạt bụi” thông minh- những cảm biến cực nhỏ, liên kết nhau bằng sóng vô tuyến, có khả năng tự tổ chức thành các mạng đặc biệt (ad hoc).

Khi năng lực tính toán và xử lý rời khỏi lãnh địa của máy tính để bàn để thâm nhập vào những vật dụng hàng ngày và các mạng cảm biến trở nên rộng khắp thì mọi đối tượng, mọi động thái và mọi mối tương tác trực tuyến đều trở thành các bộ phận của dữ liệu, được truyền đạt, lưu trữ, khai thác và phân tích vô giới hạn. Các mạng cảm biến rộng khắp cũng sẽ mở ra những chân trời mới để các nhà khoa học và các kỹ sư quan sát các hiện tượng vật lý và tác động tới chúng. Ken Goldberg, cán bộ nghiên cứu của IEEE và là Giáo sư kỹ thuật điện và máy tính ở trường ĐH California nhận định: “Khi ta gắn các nhãn vào vô số các vật dụng ở trong môi trường, thì tương ứng, hệ thống quản lý vật tư cũng cần phải mở rộng quy mô. So với yêu cầu đặt ra, những hệ thống theo dõi hàng hoá kiểu như FedEx hiện nay chỉ là trò trẻ con”.

Tất nhiên, một thế giới có mặt vô số những cảm biến như vậy cũng sẽ là phát sinh những vấn đề sâu sắc liên quan đến bí mật cá nhân. Còn Goldberg thì đang khai phá thế giới này trong một công trình nghiên cứu của mình, liên quan đến những webcam sản sinh ra luồng hình ảnh có độ phân giải cao để phục vụ những thí nghiệm được tiến hành ở nơi xa.

(3) Kết cấu hạ tầng gọn nhẹ

Ở thế kỷ 20, các mạng kết cấu hạ tầng đã là những công nghệ có sức biến đổi mạnh nhất đối với các quốc gia công nghiệp và là một động lực mạnh mẽ để tăng trưởng kinh tế. Đó cũng là những nỗ lực phức tạp và tốn kém nhất thời đó. 50 năm tới, các vật liệu mới và công nghệ thông tin sẽ tạo khả năng chuyển dịch từ các mạng kết cấu hạ tầng rộng lớn, tập trung sang các mạng gọn nhẹ, có kết cấu kiểu mođun và có khả năng mở rộng cấp độ.

Các hệ vi cơ-điện tử (MEM) sẽ chuyển dịch quy mô xử lý vật liệu để có thể giúp tạo ra những xí nghiệp cực nhỏ dùng trong gia đình phục vụ cho việc phát điện, xử lý nước thải và lọc nước. Các cấu phần đó sẽ được tổ chức hiệu quả hơn, linh hoạt hơn và có mức độ an toàn cao hơn so với các mạng lưới ngốn rất nhiều vốn ở thế kỷ 20. Hiện tại, điện thoại trên giao thức Internet (VoIP) đã có dấu hiệu cho thấy sẽ công phá ngành điện thoại đã được thiết lập từ lâu nay. Và ở các quốc gia đang phát triển, những trung tâm mạng Wi-Fi dùng năng lượng mặt trời và những máy tính xách tay siêu rẻ đang bắt đầu đưa kỷ nguyên thông tin đến cho cộng đồng nông dân. Ngoài ra, ở những vùng nghèo khó, các thiết bị lọc sử dụng ống nano cacbon đang đem lại khả năng chế tạo các hệ thống lọc nước cá nhân cơ động, có kích thước chỉ bằng cuộn giấy vệ sinh, lại không cần phải có năng lượng để vận hành.

Tất cả những điều nói trên mới chỉ là sự khởi đầu cho một kết cấu hạ tầng mới, gọn nhẹ. Ngày nay, việc có được điện để thắp sáng và sinh hoạt là hoàn toàn nhờ cậy vào các nhà cung cấp điện. Họ bán điện, còn mọi người mua điện để sử dụng. Tuy nhiên, hệ thống điện phân tán có thể đưa lại những thị trường năng lượng, trong đó bất kỳ ai trong số chúng ta đều có thể kinh doanh điện năng. Math Bollen, cán bộ nghiên cứu của IEEE và là Giám đốc kỹ thuật về tương thích điện từ và máy tính của hãng STRI, AB ở Ludvika, Thuỵ Điển nhận định: “Mạng điện sẽ trở thành công cụ để trao đổi năng lượng từ hàng triệu người riêng lẻ, thay cho hàng trăm cho đến hàng nghìn như hiện nay”.

Một số các nhà khoa học cũng nêu ra hàng loạt các nguồn năng lượng thay thế mà họ thấy có tiềm năng- hạt nhân, gió, sinh khối- nhưng không có sự đồng thuận về loại nguồn nào sẽ giữ vai trò thống lĩnh. Tuy vậy, cho dù nguồn điện tương lai nào có thể được sử dụng đi chăng nữa, thì việc sử dụng các thiết bị đạt hiệu suất cao cũng sẽ trở nên phổ biến rộng khắp. Những thiết bị này gồm các bóng đèn điot phát sáng (LED) thay cho các đèn sợi đốt và những thiết bị quang điện có hiệu suất cao hơn nhiều, được chế tạo nhờ các tiến bộ của công nghệ và kỹ thuật nano.

Đồng thời, công nghệ radio mới sẽ biến đổi hệ thống truyền thông của chúng ta, khiến cho chúng linh hoạt hơn, năng động hơn và dễ nâng cấp hơn. ở trường hợp lý tưởng, một thiết bị đơn lẻ có khả năng dẫn hướng cho các mạng đa dạng của thế giới vô tuyến với vô vàn giao thức của chúng. Các radio có độ phân giải được xác định bởi phần mềm sẽ thực hiện được điều này, thay cho phần cứng, để biến điệu các tín hiệu vô tuyến. IEEE Fellows dự báo công nghệ này sẽ được ứng dụng rộng rãi trong 10 năm tới.

(4) Thế giới vi mô

Gần 3 thập kỷ qua, công nghệ nano đã được quảng cáo như một thứ lớn lao tiếp tới. Tuy nhiên, IEEE Fellows cho rằng cuộc cách mạng thực sự của thế giới vi mô sẽ là sự tụ hội của vô vàn những vật dụng nhỏ, chẳng hạn như các rôbốt kích thước cực nhỏ được chế tạo từ MEM, hay công nghệ nano sinh học được tạo hứng khởi từ thiên nhiên, hoặc sự tiếp diễn của Luật Moore.
Ngành chế tạo vi mạch bằng nhiều cách đã đi tiên phong về công nghệ nano. Gần 50% số nhà khoa học trả lời phiếu điều tra tin rằng 2-5 thập kỷ nữa, các con chip có chi tiết 5 nano sẽ được thương mại hoá vững chắc, trong khi 22% cho rằng điều này thậm chí còn xảy ra sớm hơn.

Tất nhiên, cấu trúc và quy trình chế tạo hoàn toàn mới của các con chip sẽ ảnh hưởng đến những phát triển này. Shinj Okazaki, cán bộ nghiên cứu của IEEE và là thành viên Hiệp hội Công nghệ Điện tử siêu tiên tiến cho biết: “Quy trình tự lắp ráp vật liệu và cấu trúc sẽ là một trong những cách thức để khắc phục sự hạn chế về độ phân giải trong công nghệ in litô hiện nay”.

Trong lĩnh vực cơ-điện tử, các micro rôbốt có thể không còn quá xa vời như một số người quan niệm. Một ngày nào đó, sau khi có trận động đất xảy ra, hàng đoàn microrôbốt nhỏ như kiến sẽ chui luồn vào khe hở của đống gạch đổ nát để tìm kiếm các nạn nhân còn sống sót, hoặc bò lúc nhúc trên thân con tàu vũ trụ để sửa chữa hư hỏng trong chuyến bay. Hơn 50% số người trả lời phiếu điều tra cho rằng ở thập kỷ sau nữa, các micro rôbốt sẽ được thương mại hoá và MEM sẽ được ứng dụng rộng rãi trong nội khoa.

Liệu công nghệ nano có còn đi xa hơn nữa để đưa lại những nanorôbốt di chuyển trong mạch máu, giống như tác giả cuốn “Cuộc viễn du kỳ thú” năm 1966 mô tả. Theo IEEE Fellows, sự việc này còn chưa thể diễn ra được. Theo Howard Chizeck, Giáo sư kỹ thuật điện và sinh học ở trường Đại học Washington thì “ở cấp nano, những vấn đề cơ bản vẫn còn tồn tại đối với việc phối hợp và truyền thông, đặc biệt là việc kiểm soát đối với các tập thể rôbốt tự tổ chức. Điều này lại càng đúng đối với các hệ nano sinh học”.

Cuối cùng, thậm chí bạn có thể không cần phải nhờ cậy đến những nhà máy để chế tạo cho bạn các microrôbốt hay nhiều cơ cấu nhỏ khác, từ các thẻ FRID đến những màn hình dẻo. Các máy in phun cải tiến có thể giúp bạn chế tạo những mạch điện cần thiết. Kết hợp công nghệ này với máy in 3 chiều mà hiện được dùng để chế tạo nguyên mẫu, bạn sẽ có cả một xí nghiệp chế tạo ngay trong PC của bạn.

(5) Sinh học mở rộng

Trong suốt 3,6 tỷ năm, quá trình tiến hoá đã điều hành giới sinh vật trên hành tinh này; ngày nay, tạo hoá có thêm một cộng tác viên nữa. Các công cụ giá rẻ dùng để đọc và ghi lại mã gen của sự sống đang đem lại cho ta khả năng thao tác sinh học từ dưới lên.

Jay Keashing, Giáo sư Đại học California kiêm Giám đốc Ban Sinh học tổng hợp của Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley cho biết: “ý tưởng của Sinh học tổng hợp là sẽ thực hiện đối với sinh học theo cách thức mà các kỹ sư điện vẫn thường xuyên thực hiện đối với thiết kế mạch điện, hoặc như các kỹ sư hoá chất vẫn thực hiện trong việc tổng hợp các hoá chất, nghĩa là biến nó thành một bộ môn kỹ thuật. Chúng ta không thoả mãn với việc chỉ dùng các cơ cấu tự nhiên sẵn có, Ta đang tạo dựng nên những chi tiết mới để kết hợp vào các cơ cấu đó, bắt chúng thực hiện các chức năng đã được trù liệu”.

Jay Keashing hiện đã phát triển được các “xí nghiệp” vi khuẩn để sản xuất ra dược liệu chữa bệnh sốt rét và ung thư và để sản xuất octan làm nhiên liệu. Đồng thời, các nhà nghiên cứu ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) cũng đang xây dựng kho chứa các bộ phận có khả năng lắp lẫn- BioBricks- để lắp ráp với nhau tạo dựng nên các hệ thống nhân tạo trong các tế bào sống. Một nhân tố tạo khả năng then chốt của sinh học tổng hợp là năng lực lập chuỗi nhanh và tổng hợp ADN với giá thành rất rẻ. 42% số người trả lời phiếu điều tra tin rằng trong thập kỷ tới, điều này hoàn toàn có thể trở thành hiện thực để tiến hành cho bất cứ một sinh vật nào; 38% cho rằng sẽ xảy ra, nhưng vào thập kỷ sau nữa.

Còn đối với việc lập chuỗi hệ gen cho bản thân chúng ta thì sao? 56% số người dự đoán cho rằng trong 2 thập kỷ tới, phần lớn mọi người ở các quốc gia phát triển đều có được mô tả gen cá nhân đã tư liệu hoá. Edward Berbari, Giáo sư kỹ thuật y sinh ở Đại học Indiana nhận định: “Các liệu pháp y học sẽ hoàn toàn được cá nhân hoá. Sẽ có những liệu pháp đặc thù để chữa các bệnh đã chẩn đoán nhằm vào chính các đường trao đổi chất cụ thể”. Ông hy vọng rằng điều này sẽ xảy ra sau 10 năm nữa, hoặc lâu hơn một chút.

Những thiết bị mới đang chuẩn bị xuất hiện để khắc phục khoảng cách giữa sinh học và bit thông tin. Những ôctai cấy ghép để chữa bệnh khiếm thính và các bộ kích hoạt não để chữa trị bệnh liệt rung (parkinson) hiện đã có mặt trên thị trường. Trong khi đó, các hệ thống giao diện Người-Máy có khả năng cấy ghép vào cơ thể cũng đã xuất hiện, chẳng hạn như các hệ thị giác nhân tạo và các bộ phận chân tay giả được điều khiển bằng ý nghĩ. Nhưng chỉ dưới 50% só người trả lời phiếu điều tra cho rằng những hệ thống giao diện này sẽ được ứng dụng rộng rãi. Andrew Szeto, Giáo sư kỹ thuật điện và máy tính ở Đại học San Diego nói: “Mặc dù công nghệ cho phép nhiều điều dự đoán có thể biến thành hiện thực, nhưng chính con người lại chống lại việc thực hiện chúng”.

Như Yogi Berra vẫn thường nói: “Điều dự đoán khó nhất chính là tương lai”. Do vậy, cuộc khảo sát này không có ý định dự đoán tương lai của KH&CN mà chỉ đơn thuần khám phá những xu hướng chủ chốt. Vì thế, mặc dù ta không thể nêu ra được rằng tới năm 2015, thang nâng vũ trụ sẽ chuyên chở hàng hoá và con người lên quỹ đạo, hoặc vào năm 2020 sẽ có những người giúp việc là rôbốt, nhưng có thể thấy trước được rằng sau đây vài thập kỷ nữa, ta sẽ xây dựng kết cấu hạ tầng theo một phương thức mới: chúng ta sẽ có được các nguồn tài nguyên điện toán vô tận, sẽ sống ở trong một môi trường đầy rẫy các thiết bị điện toán và cảm biến, sẽ sáng tạo lại bản thân chúng ta cũng như giới sinh vật ở xung quanh. Alan Key đã nói rất đúng rằng: “Cách tốt nhất để dự đoán tương lai chính là sáng tạo ra nó”.

K.G.N. (Theo Spectrum, 11/2006)
Nguồn http://vst.vista.gov.vn/home/database/an_pham_dien_tu/MagazineName.2004-05-26.5439/2007/2007_00001/MItem.2007-05-30.4655/MArticle.2007-05-30.4814/view