10 xu hướng công nghệ hứa hẹn nhất

2. In 3-D và chế tạo từ xa
In ba chiều là công nghệ cho phép tạo ra các kết cấu rắn từ một tệp tin máy tính, có tiềm năng cách mạng hóa kinh tế chế tạo nếu các sản phẩm có thể được chế tác bằng cách in từ xa ở nhà hay văn phòng. Quá trình gồm các lớp được phủ lên nhau từ dưới lên trên để tạo ra các kết cấu tự đứng được. Các bản thiết kế từ việc thiết kế với sự trợ giúp của máy tính được cắt thành lớp cắt ngang cho mẫu in, cho phép tạo ra các sản phẩm được dùng như các mẫu cho các “bản sao cứng” được làm từ nhựa, hợp kim hay các vật liệu khác.

3. Vật liệu tự lành
Một trong những đặc thù quan trọng của các cơ thể sống là khả năng tự chữa lành những phần cơ thể bị hư hỏng. Một xu hướng ngày càng phổ biến trong ngành phỏng sinh học hiện nay là tạo ra các vật liệu với cấu trúc vô-sinh có khả năng tự chữa khi bị cắt, rách hay nứt. Các vật liệu tự lành có thể sửa chữa sự hư hỏng mà không có sự can thiệp của con người sẽ làm cho các hàng hóa được sản xuất ra có tuổi thọ dài hơn và giảm cầu về nguyên liệu, cũng như cải thiện tính an toàn vốn có của các vật liệu được dùng trong xây dựng, hoặc có thể được dùng để tạo hình thân máy bay.

4. Làm sạch nước tốn ít năng lượng
Sự khan hiếm nước là một vấn đề sinh thái đang trở nên xấu đi ở nhiều nơi trên thế giới do sự cạnh tranh gay gắt từ các nhu cầu khác nhau như nông nghiệp, dân sinh đô thị, và các mục đích khác của con người. Khi hệ thống nước ngọt bị sử dụng quá mức hay bị cạn kiệt, người ta hướng tới sử dụng nước biển, và việc khử muối nước biển có thể cung cấp nguồn nước ngọt gần như vô tận nhưng lại tốn đáng kể năng lượng – mà hầu hết từ nhiên liệu hóa thạch – cho việc vận hành các hệ thống bốc hơi hay thẩm thấu ngược. Song những công nghệ mới xuất hiện mang lại khả năng tăng hiệu suất năng lượng cao hơn đáng kể trong khử muối nước biển hay làm sạch nước ngọt, có khả năng giảm 50% năng lượng tiêu thụ hoặc thậm chí nhiều hơn. Những công nghệ như thẩm thấu xuôi có thể cải thiện thêm hiệu suất bằng cách sử dụng nhiệt cấp thấp từ sản xuất nhiệt điện hay từ nguồn nhiệt có thể tái sinh được tạo ra bởi các cơ sở nhiệt-mặt trời, địa nhiệt.
 
5. Biến đổi và sử dụng dioxide carbon (CO2)
Những công nghệ từ lâu được hứa hẹn về khả năng thâu và chứa dioxide carbon ở dưới đất đến nay vẫn chưa chứng minh được tính khả thi về mặt thương mại, ngay cả ở quy mô của một nhà máy điện lớn đơn nhất. Nhưng những công nghệ mới giúp biến đổi CO2 thành các hàng hóa có thể bán được có thể sẽ giúp giải quyết vấn đề hiệu quả kinh tế và vấn đề thiếu hụt năng lượng trong những chiến lược thâu và chứa carbon (CCS – Carbon Capture and Storage) thông thường. Một trong những cách tiếp cận hứa hẹn nhất sử dụng các vi khuẩn quang hợp được biến đổi sinh học để biến CO2 thải thành nhiên liệu lỏng hay các hợp chất hóa học, trong các hệ thống chuyển đổi ánh nắng có cấu trúc modul rẻ tiền. Các hệ thống đơn lẻ được kỳ vọng đạt đến hàng trăm mẫu (acre) trong vòng hai năm. Do có năng suất trên đơn vị diện tích đất cao từ 10 đến 100 lần, các hệ thống này giải quyết một trong những hạn chế môi trường chủ yếu đối với nhiên liệu sinh học dùng nguyên liệu nông nghiệp hay tảo, và có thể cung cấp nhiên liệu ít carbon hơn cho ô tô, hàng không và những đối tượng có nhu cầu cao khác đối với nhiều nhiên liệu lỏng.

6. Dinh dưỡng nâng cao để thúc đẩy sức khỏe ở mức phân tử
Ngay cả ở các nước đã phát triển hàng triệu người bị suy dinh dưỡng do thiếu hụt trong chế độ ăn uống của họ. Nay những công nghệ gene hiện đại có thể xác định chính xác ở mức trình tự gene (gene sequence) rất nhiều protein được tiêu thụ một cách tự nhiên vốn rất quan trọng trong chế độ ăn uống của con người. Các protein được nhận diện có ưu điểm so với các chất bổ sung protein thông thường vì chúng có thể cung cấp một tỷ lệ phần trăm lớn hơn các axit amin thiết yếu, và có tính hòa tan, vị, độ mịn và các đặc trưng dinh dưỡng được cải thiện. Việc sản xuất quy mô lớn các protein ăn uống tinh khiết dành cho người dựa trên việc áp dụng công nghệ sinh học vào dinh dưỡng phân tử có thể mang lại các ích lợi sức khỏe như phát triển cơ, kiềm chế bệnh đái đường hay giảm béo phì.

7. Cảm biến từ xa
Việc sử dụng ngày càng rộng rãi các cảm biến cho phép tạo ra các phản ứng thụ động tức thời trước những kích thích bên ngoài sẽ tiếp tục cải thiện cách chúng ta thích nghi với môi trường, đặc biệt trong lĩnh vực sức khỏe. Thí dụ các cảm biến liên tục giám sát hoạt động cơ thể – như nhịp tim, lượng oxy và mức đường trong máu – và, nếu cần thiết, kích hoạt một dịch vụ y tế như cung cấp insulin. Tiến bộ dựa vào truyền thông không dây giữa các công cụ, các công nghệ cảm biến tốn ít năng lượng và, đôi khi, việc chủ động thâu lượm năng lượng. Ngoài ra còn những thí dụ khác, như cảm biến nhận biết giữa xe này với xe khác nhằm cải thiện an toàn trên đường giao thông.
 
8. Dẫn thuốc chính xác qua kỹ thuật nano
Giải pháp cho phép các liều thuốc có thể được dẫn chính xác tới cỡ phân tử bên trong hay xung quanh một tế bào bị bệnh sẽ tạo ra những cơ hội chưa từng có để con người có thể điều trị hữu hiệu hơn và làm giảm các tác động phụ không mong muốn. Các hạt nano được nhắm dính vào mô bị bệnh cho phép cung cấp chính xác ở quy mô nano những liều thuốc đủ mạnh đồng thời làm giảm thiểu tác động của chúng đến mô lành, và phương thức này đang tiếp tục được hoàn thiện qua các thử nghiệm y tế. Sau gần một thập kỷ nghiên cứu, cuối cùng những cách tiếp cận mới này đã cho thấy những dấu hiệu lâm sàng hữu ích.

9. Điện tử và quang điện hữu cơ
Điện tử hữu cơ – một loại mạch in điện tử – sử dụng các vật liệu hữu cơ như các polymer để tạo ra các mạch và dụng cụ điện tử. Ngược với các chất bán dẫn truyền thống (dựa trên silicon) được sản xuất với những kỹ thuật quang khắc đắt đỏ, điện tử hữu cơ có thể được in bằng sử dụng các quá trình rẻ tiền, có thể mở rộng quy mô như in phun, làm cho chúng cực kỳ rẻ so với các dụng cụ điện tử truyền thống, về mặt giá thành trên mỗi đơn vị dụng cụ cũng như chi phí đầu tư máy công cụ để tạo ra chúng. Mặc dù điện tử hữu cơ hiện thời khó cạnh tranh được với silicon về mặt tốc độ và mật độ, nó có khả năng tạo ra lợi thế đáng kể về giá thành và tính linh hoạt. Ví dụ như các bảng điện quang mặt trời được in với chi phí thấp có thể sẽ giúp đẩy nhanh sự chuyển đổi của con người sang sử dụng năng lượng tái tạo.

10. Các lò phản ứng thế hệ thứ tư và tái chế chất thải hạt nhân
Các lò phản ứng hạt nhân một lần (once-through) hiện hành sử dụng chỉ 1% năng lượng tiềm tàng sẵn có trong uranium, và phần còn lại trở thành “chất thải” hạt nhân gây ô nhiễm phóng xạ. Mặc dù người ta có thể giải quyết được thách thức kỹ thuật trong vấn đề chôn chất thải, nhưng trở ngại mang tính chính trị của vấn đề chất thải hạt nhân gây hạn chế nghiêm trọng sự hấp dẫn của công nghệ năng lượng không-carbon và có khả năng mở rộng quy mô cao này. Tái chế nhiên liệu đã cháy và tái biến uranium-238 thành nguyên liệu mới phân hạch được – được biết đến như Nuclear 2.0– có thể kéo dài việc sử dụng số uranium mà con người đã khai thác tới hàng thế kỷ và làm giảm đáng kể dung lượng và tính độc hại dài hạn của các chất thải, độ phóng xạ của chúng sẽ sụt xuống dưới mức phóng xạ của quặng uranium trong vòng vài thế kỷ thay vì vài thiên niên kỷ. Điều này giúp vấn đề chôn chất thải giảm nhiều (thậm chí không còn) tính thách thức, khiến chất thải hạt nhân trở thành một vấn đề môi trường nhỏ so với các chất thải nguy hại tạo ra bởi các ngành công nghiệp khác. Những công nghệ thế hệ thứ tư, kể cả các lò phản ứng làm mát nhanh bằng kim loại lỏng, hiện nay đang được triển khai ở nhiều nước và được các công ty kỹ thuật hạt nhân có tiếng chào mời.

        NGUYỄN QUANG A  dịch
————
* Sir David King là Giáo sư và Giám đốc của Cambridge Kaspakas và Chủ tịch của Hội đồng Chương trình nghị sự Toàn cầu về các Công nghệ Mới của Diễn đàn Kinh tế Thế giới.