AI tạo hình ảnh, thiết kế chip thay đổi mọi thứ, tái chế pin, kính viễn vọng không gian James Webb (JWST),… là những thành tựu khoa học công nghệ nổi bật của thế giới trong năm 2023.
Sử dụng liệu pháp chỉnh sửa gen CRISPR điều trị cholesterol cao
Năm vừa rồi, một người phụ nữ New Zealand đã trở thành người đầu tiên được điều trị theo liệu pháp chỉnh sửa gen để giảm lượng cholesterol về mức ổn định lâu dài. Người phụ nữ này mắc bệnh tim và tiềm ẩn nguy cơ chỉ số cholesterol cao.
Cuộc thử nghiệm là một bước ngoặt tiềm năng đối với CRISPR, công cụ chỉnh sửa mà họ sử dụng. Kể từ khi công nghệ này được thiết kế lần đầu tiên để chỉnh sửa bộ gen khoảng một thập kỷ trước, chúng ta đã thấy CRISPR chuyển từ phòng thí nghiệm khoa học sang phòng khám. Nhưng các phương pháp điều trị thử nghiệm trước đó chủ yếu tập trung vào các rối loạn di truyền hiếm gặp. Do đó, sử dụng phương pháp chỉnh sửa gen đối với việc điều trị cholesterol cao mở ra tiềm năng lớn hơn cho việc điều trị các bệnh mãn tính. Ví dụ, một ngày nào đó, con người có thể có lựa chọn bổ sung các gen được cho là có tác dụng bảo vệ chống lại bệnh cao huyết áp hoặc một số bệnh nhất định vào mã di truyền của họ.
Phương pháp điều trị giảm cholesterol do Verve Therapeutics phát triển dựa trên một hình thức chỉnh sửa gen được gọi là chỉnh sửa bazơ “CRISPR 2.0” (DNA đặc trưng bởi các bazơ nucleotit). Đó là một cách tiếp cận có mục tiêu hơn – thay vì chỉ thực hiện các vết cắt để tắt các gen cụ thể, các nhà khoa học giờ đâ y có thể hoán đổi một ba zơ DNA đơn này lấy một bazơ DNA khác. Về lý thuyết, điều này sẽ an toàn hơn vì bạn ít có khả năng cắt nhầm một gen quan trọng và có thể tránh được các lỗi tiềm ẩn có thể xảy ra khi DNA tự sửa chữa sau khi bị cắt.
Một phiên bản CRISPR thậm chí còn mới hơn và có thể còn tiến xa hơn nữa, đó là chỉnh sửa ba zơ “CRISPR 3.0” – cho phép các nhà khoa học chèn các đoạn DNA vào bộ gen. Nếu nó hoạt động ở người, nó có thể cho phép các nhà khoa học thay thế các gen gây bệnh.
AI tạo ra hình ảnh
2023 là năm của các nghệ sĩ AI. Các mô hình phần mềm do Google, OpenAI và các hãng khác phát triển giờ đây có thể tạo ra các tác phẩm nghệ thuật chỉ dựa trên một vài yêu cầu bằng văn bản. Nhập một mô tả ngắn về hầu hết mọi thứ và bạn sẽ có được hình ảnh về những gì bạn yêu cầu trong vài giây.
OpenAI đã mang đến một thế giới mới với sự kết hợp có phần kỳ lạ nhưng cũng rất tuyệt vời khi mà mô hình chuyển văn bản thành hình ảnh DALL-E được phát hành vào năm 2021. DALL-E 2, ra mắt vào tháng 4 năm 2022, là một bước tiến vượt bậc. Google cũng ra mắt công cụ AI tạo hình ảnh của riêng mình để cạnh tranh với các đối thủ khác, được gọi là Imagen.
Tuy nhiên, nhân tố thay đổi cuộc chơi lớn nhất là Stable Diffusion, một mô hình chuyển văn bản thành hình ảnh nguồn mở được phát hành miễn phí bởi công ty khởi nghiệp Stability AI có trụ sở tại Vương quốc Anh vào tháng 8. Stable Diffusion không chỉ có thể tạo ra một số hình ảnh đẹp mà còn được thiết kế để chạy trên máy tính tại gia.
Hàng triệu người đã tạo ra hàng chục triệu hình ảnh chỉ trong vài tháng. Nhưng cũng có vấn đề đó là các nghệ sĩ bị mắc kẹt giữa một trong những biến động lớn nhất trong một thập kỷ. Giống như các mô hình ngôn ngữ, trình tạo văn bản thành hình ảnh có thể đem đến các mối liên hệ sai lệch và độc hại tiềm ẩn trong dữ liệu đào tạo được lấy từ internet.
Công nghệ này hiện đang được tích hợp vào các phần mềm thương mại phổ biến, chẳng hạn như Photoshop. Công nghệ chuyển văn bản thành hình ảnh đã có bước tiến lớn khi có thể chuyển văn bản thành video. Các video clip do AI tạo ra được Google, Meta và các công ty khác giới thiệu trong vài tháng qua chỉ dài vài giây. Tuy nhiên điều đó hứa hẹn sẽ được thay đổi sớm khi trong tương lai gần người ta có thể làm phim chỉ bằng cách đưa kịch bản vào máy tính.
Thiết kế chip thay đổi mọi thứ
Bạn có bao giờ tự hỏi làm thế nào điện thoại thông minh của bạn kết nối với loa Bluetooth cho dù chúng được sản xuất bởi các công ty khác nhau không?. Bluetooth là một tiêu chuẩn mở, có nghĩa là các thông số kỹ thuật thiết kế của nó, chẳng hạn như tần số yêu cầu và các giao thức mã hóa dữ liệu đều được cung cấp công khai. Phần mềm và phần cứng dựa trên các tiêu chuẩn mở – Ethernet, Wi-Fi, PDF- đã trở thành những cái tên quen thuộc.
Giờ đây, một tiêu chuẩn mở được gọi là RISC-V (phát âm là “risk-five”) có thể thay đổi cách các công ty tạo ra chip máy tính.
Các công ty sản xuất chip như Intel và Arm từ lâu đã giữ bản thiết kế độc quyền của họ. Khách hàng sẽ mua những con chip có sẵn, có thể có những tính năng không liên quan đến sản phẩm của họ hoặc trả nhiều tiền hơn cho một thiết kế có thể tùy chỉnh được. Vì RISC-V là một tiêu chuẩn mở nên bất kỳ ai cũng có thể sử dụng nó để thiết kế chip miễn phí.
RISC-V đặt ra các tiêu chuẩn thiết kế cho tập lệnh của chip máy tính. Tập lệnh mô tả các thao tác cơ bản mà một con chip có thể thực hiện để thay đổi các giá trị mà bóng bán dẫn của nó biểu thị. Ví dụ: cách cộng hai số. Thiết kế đơn giản nhất của RISC-V chỉ có 47 lệnh. Nhưng RISC-V cũng đưa ra các tiêu chuẩn thiết kế khác cho các công ty mong muốn loại chip có thể thực hiện nhiều khả năng phức tạp hơn.
Khoảng 3.100 thành viên trên toàn thế giới, bao gồm các công ty và tổ chức học thuật, hiện đang hợp tác thông qua tổ chức phi lợi nhuận RISC-V International để thiết lập và phát triển các tiêu chuẩn này. Vào tháng 2 năm 2022, Intel đã công bố quỹ trị giá 1 tỷ USD, một phần sẽ hỗ trợ các công ty sản xuất chip RISC-V.
Các con chip được sản xuất dựa trên tiêu chuẩn RISC-V đã bắt đầu xuất hiện trong tai nghe, ổ cứng và bộ xử lý AI, với 10 tỷ lõi đã được xuất xưởng. Các công ty cũng đang nghiên cứu thiết kế chip với tiêu chuẩn RISC-V cho trung tâm dữ liệu và tàu vũ trụ. Những người ủng hộ RISC-V dự đoán trong một vài năm nữa với sự nở rộ của tiêu chuẩn trên thì chip sẽ có mặt ở khắp mọi nơi.
Máy bay không người lái quân sự trên thị trường đại chúng
Máy bay quân sự không người lái đã từng nằm ngoài tầm với của các quốc gia nhỏ do chi phí cao và việc kiểm soát xuất khẩu nghiêm ngặt. Nhưng những tiến bộ trong công nghệ truyền thông và quảng bá tiêu dùng đại chúng đã giúp các nhà sản xuất máy bay không người lái chế tạo những thiết bị quân đội phức tạp với mức giá thấp hơn nhiều. Bayraktar TB2 của Thổ Nhĩ Kỳ và các loại máy bay không người lái giá rẻ khác đã thay đổi bản chất thị trường máy bay không người lái.
Trong nhiều thập kỷ, các máy bay không người lái tấn công chính xác cao cấp của Mỹ như Predator và Reaper đã chiếm lĩnh thế thượng phong trong các cuộc chiến. Tuy nhiên, cuộc chiến ở Ukraine các loại máy bay không người lái kinh phí thấp được sản xuất tại Trung Quốc, Iran hoặc Thổ Nhĩ Kỳ lại đang đem lại nhiều điểm nhấn.
Một số máy bay không người lái mới này là loại máy bay bốn cánh có sẵn, giống như của DJI, được sử dụng cho cả trinh sát và tấn công tầm gần. Những loại khác, chẳng hạn như máy bay không người lái Shahed phát nổ trị giá 30.000 USD do Iran sản xuất có khả năng thực hiện các nhiệm vụ tầm xa hơn. Nhưng đáng chú ý nhất là chiếc Bayraktar TB2 trị giá 5 triệu USD do tập đoàn Baykar của Thổ Nhĩ Kỳ sản xuất.
Những lợi ích dành cho quân đội là có thể nhìn thấy, tuy nhiên đi kèm với đó sẽ là hàng nghìn, hàng triệu dân thường trên toàn thế giới lâm vào tình thế nguy hiểm.
Sự tất yếu của việc sử dụng xe điện
Cuối cùng thì xe điện đã trở thành một lựa chọn khả dĩ thay vì chỉ xuất hiện trên những bản kế hoạch và có giá thành cực kỳ đắt đỏ. Giá thành sản xuất pin ngày càng rẻ hơn và các chính phủ đã thông qua các quy định nghiêm ngặt hơn về khí thải hoặc cấm hoàn toàn các phương tiện chạy bằng khí đốt. Các nhà sản xuất ô tô lớn đã cam kết chuyển sang sử dụng năng lượng điện và người tiêu dùng sẽ sớm nhận thấy có nhiều lý do chính đáng để mua xe điện hơn.
Mặc dù doanh số bán hàng xe điện tăng chậm trong nhiều năm qua nhưng giờ đây chúng đang tăng một cách chóng mặt. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, ô tô và xe tải không phát thải khí cacbon có thể sẽ chiếm 13% tổng doanh số bán ô tô mới trên toàn cầu vào năm 2022, tăng từ mức chỉ 4% hai năm trước đó. Doanh số bán xe điện đang trên đà chiếm khoảng 30% doanh số bán hàng vào cuối thập kỷ này.
Các chính phủ đã ban hành các chính sách buộc các nhà sản xuất ô tô phải trang bị lại và khuyến khích người tiêu dùng thực hiện chuyển đổi phương tiện di chuyển. Đáng chú ý, California và New York sẽ yêu cầu tất cả ô tô, xe tải và SUV được sử dụng phải là phương tiện không phát thải vào năm 2035 và EU gần như đã hoàn tất quy định tương tự vào thời điểm thông cáo báo chí.
Bên cạnh đó, các công ty sản xuất ô tô đang thiết lập chuỗi cung ứng, xây dựng năng lực sản xuất và tung ra nhiều mẫu xe có hiệu suất tốt hơn với đa dạng mức giá và loại sản phẩm.
Hongguang Mini, chiếc ô tô nhỏ có giá khởi điểm dưới 5.000 USD một chút, đã trở thành chiếc xe điện bán chạy nhất thế giới, củng cố sự thống trị của Trung Quốc với tư cách là nhà sản xuất xe điện lớn nhất.
Sự gia tăng số lượng dòng xe hai và ba bánh từ Hero Electric, Ather và các công ty khác đã giúp doanh số bán xe điện ở Ấn Độ tăng gấp ba lần trong năm qua (mặc dù tổng số xe bán ra vẫn chỉ khoảng 430.000). Bên cạnh đó, các mẫu xe có kích thước và giá cả khác nhau, từ Chevy Bolt đến Ford F-150 Lightning đang thu hút nhiều người Mỹ quan tâm hơn về lĩnh vực xe điện.
Dẫu vậy, vẫn còn tồn tại nhiều thách thức lớn phía trước. Giá thành của phương tiện cần rẻ hơn. Việc sạc tại các điểm sạc cần phải thuận tiện hơn. Nguồn cung điện sạch từ năng lượng tái tạo sẽ phải tăng đáng kể để đáp ứng nhu cầu cung cấp năng lượng điện để sạc tăng đột biến. Và cuối cùng việc sản xuất đủ pin cho xe điện cũng là một điều không dễ giải quyết. Nhưng rõ ràng giờ đây là thời kỳ mà xe chạy xăng sẽ dần bị thay thế bởi xe chạy điện.
Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST)
Những hình ảnh đột phá đầu tiên về vũ trụ xa xôi được chụp bởi kính viễn vọng không gian hiện đại nhất thế giới đã khơi dậy cảm giác kinh ngạc cho tất cả mọi người. Điều này chỉ mới là sự khởi đầu. Những khám phá mới hơn sẽ đến nhanh chóng khi các nhà khoa học có thể phân tích lượng dữ liệu cực lớn. Một kỷ nguyên mới của thiên văn học đã bắt đầu.
Ra mắt vào tháng 12 năm 2021 sau nhiều thập kỷ làm việc, kính viễn vọng không gian James Webb trị giá 10 tỷ USD của NASA – sự hợp tác giữa Hoa Kỳ, châu Âu và Canada -là kính viễn vọng lớn nhất từng được đưa lên vũ trụ và mạnh hơn khoảng 100 lần so với kính viễn vọng tiền thân – kính viễn vọng không gian Hubble. Nó cũng được thiết kế đặc biệt để phát hiện bức xạ hồng ngoại, cho phép nó xuyên qua bụi và nhìn ngược thời gian về thời kỳ mà các ngôi sao và thiên hà đầu tiên của vũ trụ hình thành.
JWST được thiết kế riêng cho kiểu du hành thời gian thiên văn này. Gương chính của nó có chiều ngang 21 feet, gấp ba lần đường kính của Hubble, mang lại độ phân giải cao hơn rất nhiều. Nó mang theo một tấm chắn nắng to bằng một sân tennis để bảo vệ kính và các dụng cụ khỏi sức nóng và ánh sáng của mặt trời. Để giúp kính viễn vọng bay vào vũ trụ, các kỹ sư đã thiết kế gương và tấm chắn nắng của JWST có thể gập lại để chúng có thể nằm gọn trong một tấm chắn tên lửa, nó sẽ mở ra sau khi kính viễn vọng thực hiện hành trình đến quỹ đạo cuối cùng cách Trái đất 1,5 triệu km.
Các nhà thiên văn học hy vọng rằng với JWST, họ sẽ có thể xâu chuỗi các thông tin các thiên hà đầu tiên của vũ trụ xuất hiện như thế nào sau vụ nổ lớn big bang. Nhưng đó không phải là mục tiêu duy nhất của JWST. Kính thiên văn này đang được sử dụng với nhiều mục tiêu thiên văn học khác. Nó có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc chưa từng có về các hành tinh trong các hệ mặt trời khác, cho phép chúng ta tìm ra bầu khí quyển của chúng được tạo thành từ đâu. Nó sẽ chứng kiến sự ra đời của những thế giới mới, chụp những bức ảnh tuyệt đẹp về tinh vân, thăm dò cấu trúc của các thiên hà và nhiều hơn thế nữa.
Phân tích DNA cổ đại
Giờ đây, các công cụ giải trình tự bộ gen cho phép chúng ta đọc các chuỗi DNA từ thời xa xưa của con người. Nghiên cứu dấu vết từ những người sống cổ đại đã tiết lộ nhiều điều về chúng ta là ai và tại sao thế giới hiện đại lại trông như vậy. Nó cũng giúp các nhà khoa học hiểu được cuộc sống của những người bình thường sống vào thời đó, không chỉ những người có đủ khả năng chi trả cho việc chôn cất chu đáo.
Các nhà khoa học từ lâu đã tìm kiếm những công cụ tốt hơn để nghiên cứu răng và xương của người cổ đại. Trước đây, họ đã phải lùng sục nhiều di tích cổ để tìm ra mẫu được bảo quản đủ tốt để phân tích.
Giờ đây, các kỹ thuật và phương pháp mới, rẻ hơn giúp các máy giải trình tự có thể đọc được DNA hư tổn đang tạo ra sự bùng nổ trong phân tích DNA cổ đại.
Ngày nay, các nhà khoa học thậm chí có thể phân tích các dấu vết DNA cực nhỏ được tìm thấy trong chất thải mà người Neanderthal đi tiểu vào mà không cần đến răng hay xương. Vào tháng 11, lĩnh vực mà ngày nay được gọi là cổ sinh học đã dần khẳng định được vị trí của mình khi Svante Pääbo, nhà di truyền học tại Viện Nhân chủng học Tiến hóa Max Planck, giành được giải Nobel cho công trình nền tảng của mình.
Phân tích DNA cổ đại đã dẫn đến việc phát hiện ra hai loài người đã tuyệt chủng – Homo luzonensis và Denisovans -và dạy chúng ta rằng con người hiện đại mang một lượng đáng kể DNA của người Denisovan và người Neanderthal. Và số lượng cá thể người cổ đại mà chúng ta hiện có dữ liệu toàn bộ bộ gen đã tăng vọt, từ chỉ 5 người vào năm 2010 lên 5.550 vào năm 2020.
Các mẫu DNA cũ cũng có thể làm sáng tỏ những bí ẩn về sức khỏe hiện đại. Năm ngoái, các nhà khoa học đã xác định được một đột biến duy nhất khiến con người có khả năng sống sót cao hơn sau Cái chết đen (black death) cao hơn 40%.
Thông qua việc phân tích các mẫu DNA cổ đại, những tiết lộ từ các mẫu DNA này đã và đang viết lại lịch sử của con người.
Tái chế pin
Tái chế đóng vai trò quan trọng để ngăn chặn lượng pin thải ngày càng tăng ngày nay được đưa vào các bãi chôn lấp, ngoài ra việc này cũng có thể cung cấp nguồn kim loại cần thiết để sử dụng cho xe điện trong tương lai. Các công ty đang xây dựng các cơ sở vật chất nhằm thu hồi lithium, niken và coban, sau đó cung cấp những kim loại này cho các nhà sản xuất pin lithium-ion, giúp giảm thiểu chi phí.
Kim loại có giá trị cao được thu hồi từ máy tính xách tay cũ, máy khoan điện bị ăn mòn và xe điện có thể là nguồn cung vật liệu cho ô tô trong tương lai nhờ những tiến bộ trong tái chế giúp tái chế pin cũ thành pin mới.
Nhu cầu về pin lithium-ion đang tăng vọt khi xe điện ngày một trở nên phổ biến hơn. Việc sử dụng xe điện nhiều hơn là tín hiệu tốt cho khí hậu. Tuy nhiên, nguồn cung kim loại cần thiết để chế tạo pin đang ngày càng khan hiếm trong khi nhu cầu sử dụng vật liệu lithium có thể tăng gấp 20 lần vào năm 2050.
Trong trường hợp này, phương án tái chế có thể sẽ hữu ích. Các phương pháp cũ xử lý pin đã qua sử dụng gặp khó khăn trong việc thu hồi đủ lượng kim loại rời rạc này một cách hiệu quả để giúp việc tái chế trở nên tiết kiệm. Tuy nhiên, các phương pháp tiếp cận mới đã nhanh chóng thay đổi điều đó, cho phép các nhà tái chế tách kim loại ra khỏi pin hỏng hiệu quả hơn.
Các cơ sở tái chế hiện có thể thu hồi gần như toàn bộ coban, niken và hơn 80% lithium từ pin đã qua sử dụng và phế liệu sản xuất còn sót lại từ quá trình sản xuất pin — và các nhà tái chế có kế hoạch bán lại những kim loại tách ra đó với giá ngang ngửa với giá vật liệu được khai thác lần đầu. Ngoài những kim loại kể trên, nhôm, đồng và than chì cũng thường được thu hồi.
Ngày nay, Trung Quốc dẫn đầu thế giới về tái chế pin, thị trường tái chế pin chi phối bởi các công ty con của các công ty sản xuất pin lớn như CATL. Về phía EU, gần đây họ đã phổ biến đề xuất các quy định tái chế bắt buộc đối với các nhà sản xuất pin. Ở thị trường Bắc Mỹ, các công ty như Redwood Materials và Li-Cycle, đang nhanh chóng mở rộng quy mô hoạt động, được tài trợ hàng tỷ đô la từ cả nguồn quỹ công và tư nhân.
Nhu cầu pin dự kiến sẽ tăng theo cấp số nhân trong nhiều thập kỷ tới và nếu chỉ tái chế thôi sẽ không đủ để thỏa mãn nhu cầu sử dụng pin. Những quy trình tái chế mới này vẫn còn nhiều thiếu sót và cần cải thiện, tuy nhiên các nhà máy tái chế pin sẽ tạo ra nguồn cung cấp nguyên liệu mà thế giới cần để đáp ứng các mục tiêu về khí hậu.
Khang Le (theo Technology Review)
