Từ vi mạch co giãn siêu nhỏ tới máy lạnh tức thời

Phóng to

Hệ thống điện Promethean giúp làm lạnh sữa tức thời ở Ấn Độ - Ảnh: coolectrica.com

Mỗi năm chương trình xem xét hàng trăm công ty trên toàn cầu để cuối cùng chọn ra chừng 30 công ty tiên phong ở ba lĩnh vực: công nghệ thông tin và truyền thông mới, năng lượng và môi trường, khoa học đời sống và sức khỏe. Kể từ năm 2000 đến nay đã có hơn 400 công ty từ khắp năm châu được vinh danh là những “Người tiên phong công nghệ”. TTCT trích giới thiệu bảy trong số 23 “Người tiên phong công nghệ” được vinh danh năm nay.

Khử mặn nước hiệu quả

Mặc dù nước bao phủ 3/4 bề mặt Trái đất nhưng tại nhiều nơi, người ta không có đủ nước ngọt để dùng. Một trong những giải pháp để khử mặn nước là dùng phương pháp thẩm thấu ngược. Tuy nhiên, cách này tiêu tốn năng lượng, thiết bị thì đắt đỏ và khó bảo trì.

Công ty Voltea của Hà Lan đã chế tạo ra CapDi, một thiết bị khử mặn nước rẻ tiền hơn và hiệu quả hơn so với các thiết bị truyền thống. Quá trình lọc nước mới này sẽ đưa nước vào một chỗ chứa giữa hai điện cực, phân tách muối và các chất bẩn khác khỏi nước. Những ion trong muối và chất bẩn sẽ được rút về các điện cực, tách chúng ra khỏi nước hoàn toàn. Khi các điện cực đã bão hòa, dòng nước sẽ đảo chiều và muối sẽ bị đẩy ra khỏi các điện cực. Muối và chất bẩn sẽ mắc lại ở lớp màng và cuối cùng được đẩy ra ngoài.

Voltea nói hệ thống của họ có thể làm sạch 80-90% lượng nước chảy qua hệ thống, so với chỉ 50-70% trong hệ thống thẩm thấu ngược. Một ưu điểm khác của hệ thống này là không cần dùng đến hóa chất và vì vậy không gây ô nhiễm. Hệ thống này thích hợp cho cả hộ gia đình hoặc những khu công nghiệp với năng suất hàng ngàn mét khối nước sạch mỗi giờ.

Phóng to

Thiết bị khử mặn nước - Ảnh: delftbluewater.nl

Máy làm lạnh tức thời

Ở Mỹ, người ta có thể vắt sữa từ cả trăm con bò trong một trang trại rồi làm lạnh ngay để bảo quản sữa khỏi bị hư. Nhưng ở Ấn Độ thì khác. Người ta thu mua sữa từ hàng ngàn hộ nông dân nhỏ lẻ với mỗi hộ từ 2-5 con bò. Những người này hằng ngày vắt sữa bò, cho vào bình inox rồi cứ hai lần một ngày đem đến trạm thu mua.

Tại đây, các xe tải chở những thùng sữa chạy như bay đến trung tâm làm lạnh gần nhất trước khi sữa bị hỏng. Tỉ lệ sữa bị hỏng ở Ấn Độ vào khoảng 30%. Khi Sam White đến Ấn Độ năm 2007, ông đã cùng với kỹ sư Sorin Grama phát triển hệ thống làm lạnh sữa tức thời nhờ vào năng lượng mặt trời nhưng không ăn thua. Làm lạnh sữa cần nhiều năng lượng hơn, nhất là một nơi điện lúc có lúc không như nhiều vùng ở Ấn Độ.

Thế là hệ thống điện Promethean ra đời. Đây là một hệ thống làm lạnh sữa sử dụng pin nhiệt. Hệ thống này sẽ lấy điện từ nguồn điện bình thường để sạc pin vào ban đêm, lúc nhu cầu sử dụng điện xuống thấp nhất. Vào ban ngày, khi không có điện, pin vẫn hoạt động và máy vẫn làm lạnh được sữa, chất lượng được bảo đảm. Tỉ lệ hư hỏng của rau quả ở Ấn Độ cũng thuộc loại cao. Grama và White đang tiếp tục nghiên cứu các cỗ máy tương tự giữ cho rau quả sau thu hoạch được tươi ở Ấn Độ.

Đột phá trong chuyển hóa điện năng

Nhiều thiết bị gia dụng và điện tử hiện nay, từ tivi cho đến máy tính, đều phụ thuộc vào các bộ phận bán dẫn silicon để chuyển nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều. Tuy nhiên, vấn đề là các bộ chuyển hóa điện có thành phần silicon chỉ lấy được khoảng 85% nguồn điện đưa vào. Phần điện còn tại tiêu tan thành nhiệt, điều có thể gây tổn hại cho hệ thống mạch điện mỏng manh.

Một thống kê cho thấy khoảng 10% lượng điện ở Mỹ bị tiêu hao trong các quá trình chuyển hóa điện như thế. Công ty Transphorm (Mỹ) đã có sáng kiến thay thế silicon bằng gallium nitride (GaN). Sự thay thế này có thể giúp lấy lại được đến 90% lượng điện bị tiêu tan thành nhiệt nói trên.

Không chỉ giúp tiết kiệm điện, phát kiến này còn giúp giảm bớt nhu cầu gắn các thiết bị làm mát và giúp thiết bị bền hơn.

Phóng to

Wave Glider - một thiết bị nghiên cứu đại dương của Liquid Robotics - Ảnh: Liquid Robotics

Khám phá đại dương

Tại Công ty Liquid Robotics ở Mỹ, người ta cho rằng nhân loại biết về không gian nhiều hơn là đại dương trên chính hành tinh của chúng ta. Đại dương không chỉ đem lại nguồn thủy sản, dầu mỏ mà còn là nơi đi lại quan trọng của con người. Và nếu chúng ta không hiểu biết về đại dương, làm sao chúng ta có thể giải quyết được những vấn đề liên quan đến nó?

Wave Glider là một thiết bị nghiên cứu đại dương của Liquid Robotics với hai hệ thống được gắn kết với nhau. Hệ thống nổi bên trên bề mặt đại dương giống như một chiếc ván trượt với tấm pin mặt trời ở trên. Hệ thống thứ hai được đưa sâu xuống bên dưới mặt nước. Sóng biển di chuyển đến đâu, Wave Glider di chuyển đến đó. Người ta cũng có thể điều khiển Wave Glider đi theo hướng mong muốn. Thông tin về đại dương được truyền trực tiếp về trung tâm điều khiển.

Với hệ thống kép này, người ta có thể biết được tình trạng sóng biển để có thể dự báo thời tiết hay cảnh báo sóng thần, giúp các công ty dầu khí khảo sát vùng nước. Wave Glider còn có thể được sử dụng cho mục đích quân sự. Hàng ngàn thiết bị Wave Glider trên biển sẽ giúp chúng ta biết nhiều hơn về đại dương.

Vi mạch co giãn siêu nhỏ

Việc cấy ghép những vi mạch siêu nhỏ lên da người dường như chỉ được người ta liên tưởng tới trong những bộ phim khoa học viễn tưởng. Công ty MC10 ở Mỹ đã dùng các vật liệu siêu mỏng, chỉ 100 nanomet, để tạo nên những vi mạch có thể co giãn được. Công nghệ này được ứng dụng để sản xuất các thiết bị điện tử cấy ghép siêu nhỏ, các bộ cảm biến hay vi mạch có thể được gắn lên quần áo hay da người.

Kết quả là một bộ vi xử lý máy tính siêu nhỏ có thể giúp theo dõi tình trạng cơ thể của bạn mọi lúc mọi nơi mà không cần phải dùng đến các thiết bị theo dõi y tế cồng kềnh và vướng víu. Các bệnh nhân sẽ cảm thấy thoải mái hơn trong điều trị. Hiện MC10 đang làm việc với Bệnh viện Đa khoa Massachusetts để cấy các vi mạch siêu nhỏ trên lên da bệnh nhân để theo dõi nhịp tim. Công nghệ này còn có thể ứng dụng vào việc chế tạo quần áo cho vận động viên để theo dõi các cử động của họ.

Năng lượng sạch

Có người nói đùa rằng muốn biết được tương lai của năng lượng thế giới ra sao, hãy đến vùng quê nghèo ở Kenya, gần biên giới với Uganda. Tại đây, người dân nghèo đến nỗi không đủ tiền để kéo đường điện về nhà mình. Họ phải mua dầu để thắp đèn hoặc đi hàng giờ liền để đến trạm sạc điện gần nhất. Theo thống kê, trên thế giới có hơn 1 tỉ người sống trong cảnh không có điện.

Tuy nhiên, mọi chuyện không còn là đùa đối với những người dân nghèo ở Kenya nữa. Từ tháng 4 năm nay, họ đã được sử dụng hệ thống sạc điện năng lượng mặt trời do Công ty Azuri của Anh thiết kế. Đây là một hệ thống gọn nhẹ công suất 2,5 watt có tên Indigo, cung cấp đủ điện cho hai bóng đèn LED và sạc điện thoại di động trong 8 giờ. Trẻ em nghèo vùng này đã có điện để học bài ngay cả trong đêm, người dân không phải tốn tiền mua dầu để thắp đèn. Các tấm pin năng lượng mặt trời đã có từ lâu nhưng Azuri đã tạo được một hệ thống để người nghèo có đủ tiền sắm.

Tương tác bằng mắt

Khi còn là sinh viên tại Viện Công nghệ hoàng gia Stockholm (Thụy Điển), John Elvesjo đã xây dựng một hệ thống cảm biến hình ảnh thử nghiệm, nhận diện mệnh giá của đồng xu đang xoay. Một ngày kia, hệ thống này nhầm lẫn mắt của anh là một đồng xu. Từ sự sai sót thú vị này, Elvesjo đã nghiên cứu hệ thống theo dõi chuyển động của mắt. Sau sáu tháng, anh đã thiết kế xong bộ cảm biến chuyển động của mắt người.

Năm 2001, anh lập Công ty công nghệ Tobii cùng hai người bạn. Các sản phẩm của Tobii sau đó đã cho phép người khuyết tật dùng chuyển động mắt để đối thoại và điều khiển máy tính, nhất là những người không thể nói hoặc cử động tay chân. Hệ thống còn giúp phân tích chuyển động của mắt để nhận biết sớm bệnh tự kỷ. Đối với ngành công nghiệp xe hơi, hệ thống này giúp nhận biết tình trạng buồn ngủ của lái xe để tự động điều khiển xe hơi về chế độ an toàn phù hợp.

Trong lĩnh vực thương mại, các chuyên gia cần đến hệ thống của Tobii để nghiên cứu thói quen của người dùng khi họ nhìn vào các phần trên một trang web.