Thế giới tuần qua

124

Cánh tay robot điều khiển bằng suy nghĩ, pin sạc dòng gốc hữu cơ có tuổi thọ dài hơn và rotor quay nhanh nhất thế giới là những khám phá khoa học thú vị nhất trong tuần.

 

Tay robot điều khiển bằng ý nghĩ

Các nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu Quốc tế Viễn thông Tiên tiến, Kyoto, Nhật Bản đã thiết kế một cánh tay robot hoạt động làm tay giả cho những người tàn tật. Điều đặc biệt là người ta có thể điều khiển tay giả này bằng suy nghĩ như tay thật. Kết quả nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Science Robotics.

Những tiến bộ kỹ thuật nhằm hỗ trợ người tàn tật như tay chân giả điều khiển bằng suy nghĩ luôn có ý nghĩa tích cực, nhưng nghiên cứu mới này không chỉ dừng ở đó: nó còn có thể hỗ trợ cho cả những người đầy đủ chân tay.

Liệu bộ não có thể tăng cường năng lực làm nhiều việc cùng một lúc, hay còn gọi là đa nhiệm (multitasking), để điều khiển nhiều tay hơn bình thường không? Dấu hiệu ban đầu của nghiên cứu cho thấy những tín hiệu tích cực.

Các đối tượng tham gia nghiên cứu được yêu cầu thực hiện nhiều hoạt động khác nhau trong khi đội mũ gắn điện cực có khả năng truyền sóng não về máy tính. Shuichi Nichio và Christian Penaloza, hai nhà nghiên cứu đứng sau hệ thống giao diện não – máy mới (brain-machine interface – BMI), đã phát triển các thuật toán đọc sóng não của những đối tượng này.

Tập trung vào các xung động thần kinh, thuật toán có thể phân biệt từng hành động và biết được cánh tay nào nên thực hiện hành động đó. Ví dụ, đối tượng nghiên cứu được yêu cầu sử dụng cả hai tay để cân bằng một quả bóng trên tấm bảng trước mặt và họ cảm thấy khát trong khi thực hiện nhiệm vụ này, họ có thể điều khiển cánh tay robot gắn trên thiết bị liền kề cầm lấy chai nước để uống bằng cách hình dung điều đó trong đầu.

Như giải thích trên tờ IEEE Spectrum, “máy tính đã ghi lại xung động thần kinh trong não, từ đó cảm nhận được ý định muốn lấy chai nước và thực hiện điều đó”. Nishio cũng cho biết thêm, “quy trình đa nhiệm thể hiện khả năng thay đổi sự tập trung. Nếu ta có thể khiến con người làm được điều đó thông qua giao diện não – máy, chúng ta có thể nâng cao năng lực của chính mình”.

Pin sạc hữu cơ mới có tuổi thọ cao hơn

Loại pin sạc này sử dụng một phân tử hữu cơ mới có tuổi thọ và hiệu suất cao hơn những mô hình trước đó. Ảnh: Eliza Grinnell.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Harvard đã chế tạo một loại pin flow battery (tạm dịch: pin sạc dòng) hữu cơ mới, có thời gian lưu trữ điện lâu đến mức được đặt biệt danh theo tên của tộc trưởng nhiều tuổi nhất trong Kinh thánh là Methuselah.

Trước xu thế sản lượng điện từ nhiên liệu hóa thạch trên toàn cầu giảm dần, chúng ta cần tìm ra những cách tốt hơn để lưu trữ điện năng từ các nguồn điện tái tạo (điện gió, điện mặt trời) để vẫn có thể sử dụng điện khi trời lặng gió và tắt nắng.

Dựa trên nghiên cứu trước đó của chính họ, nhóm các nhà khoa học của Harvard đã chỉnh sửa lại hợp chất quinone – một hợp chất tự nhiên liên quan đến các quá trình sinh học như quang hợp – để tạo ra “pin sạc dòng hiệu suất cao và có tuổi thọ dài nhất từng có”, theo Harvard.

Roy Gordon, người đồng dẫn đầu nghiên cứu và là giáo sư hóa học và khoa học vật chất, cho biết: “Chúng tôi đã thiết kế và tạo ra một hợp chất hữu cơ mới có thể lưu trữ điện, đồng thời có tuổi thọ dài hơn trước khi phân hủy”. Nghiên cứu của họ được đăng trên tạp chí Joule.

Trong pin sạc dòng, hai chất điện phân lỏng nằm trong các thùng chứa bên ngoài và được bơm vào bình điện khi cần thiết. Ở các mô hình kiểu cũ, hai chất điện phân này thường là những nguyên tố tan trong a-xít. Trong khi đó, loại pin sạc dòng hữu cơ mới ứng dụng những phân tử được thực vật và động vật sử dụng để dự trữ năng lượng, ví dụ như quinone. Nhóm nghiên cứu của Harvard đã tìm ra quinone có biệt danh Methuselah sau rất nhiều thử nghiệm để cân bằng lượng điện năng lưu trữ và tuổi thọ phân tử.

Michael Aziz, người đồng dẫn đầu nghiên cứu và là giáo sư vật liệu và công nghệ kỹ thuật, giải thích: “Trong công trình cũ, chúng tôi đã tìm ra một phản ứng điện phân có thể kéo dài nhưng điện áp thấp, nên chỉ dự trữ được ít điện trong một phân tử và khiến chi phí lưu trữ cho một đơn vị điện năng vì thế tăng cao. Nhưng giờ đây, chúng tôi đã phát hiện ra một phản ứng vừa lâu phân hủy, vừa có thể tạo ra hơn 1volt hiệu điện thế, tương đương tiêu chuẩn của pin thương mại. Tôi tin rằng đây là pin sạc dòng gốc hữu cơ đầu tiên đáp ứng được tất cả tiêu chuẩn kỹ thuật để ứng dụng vào thực tế”.

Trí tuệ nhân tạo phân biệt mắt sống – mắt chết

Thuật toán này có thể quét võng mạc và biết được chủ nhân của nhãn cầu còn sống hay đã chết. Ảnh: A. Czajka, P. Maciejewicz và M. Trokielewicz.

Bạn đã từng thấy cảnh người ta sử dụng mắt của người chết để đánh lừa máy quét võng mạc và truy cập trái phép vào một thiết bị chưa? Chắc là rồi vì tình tiết này đã được đưa vào nhiều phim. Tin xấu cho các đạo diễn điện ảnh là họ sẽ không thể dùng tình tiết này được nữa, vì một nhóm nghiên cứu người Ba Lan đã phát triển một thuật toán máy học có khả năng phân biệt mắt của người chết và người sống với độ chính xác tới 99%.

Hiện công trình này chưa để lại dấu ấn nào đáng nhớ nhưng điều đó có thể sẽ thay đổi trong tương lai khi người ta dùng công nghệ quét võng mạc làm tính năng bảo mật, tương tự như tính năng quét vân tay hiện nay, và kẻ xấu có thể sử dụng mắt của người chết để xâm nhập hệ thống trái phép.

Các nhà nghiên cứu Ba Lan đã viết trong công trình rằng “nhận dạng bằng sinh trắc học sau khi chết là một lĩnh vực nghiên cứu đã được quan tâm từ lâu trong cộng đồng khoa học, không chỉ đối với giới pháp y, mà còn trong văn hóa đại chúng nói chung khi mà cảnh chặt ngón tay và móc mắt xuất hiện thường xuyên trên màn ảnh rộng một cách đáng lo ngại”.

Vậy các nhà khoa học Ba Lan đã làm được điều đó như thế nào? Ở Đại học Công nghệ Warsaw, Ba Lan, Mateusz Trokielewicz và đồng nghiệp đã huấn luyện trí tuệ nhân tạo (AI) cách nhận biết sự khác nhau theo kiểu học máy thông thường. Họ cho AI xem một loạt hình ảnh nhãn cầu từ cơ sở dữ liệu võng mạc của Warsaw BioBase PostMortem và vài trăm ảnh chụp võng mạc của người sống khác. Từ đó, máy tính tìm ra cách để phát hiện sự khác biệt. Tuy nhiên, thuật toán này phải đi kèm với một điều kiện: AI chỉ có thể xác định chính xác võng mạc của những người đã chết từ 16 tiếng trở lên vì thuật toán có thể nhầm lẫn nếu chủ nhân võng mạc vừa mới qua đời.

Phát hiện chấn thương sọ não bằng xét nghiệm máu

Xét nghiệm mới tìm kiếm hai protein cụ thể trong máu để phát hiện chấn thương sọ não.

Một loại xét nghiệm máu mới ở Mỹ có thể giúp bác sĩ phát hiện trường hợp bệnh nhân bị chấn thương sọ não – một tình trạng khó có thể xác định được một cách khách quan.

Trong báo cáo đăng trên tờ The Lancet Neurology, các nhà khoa học phát triển xét nghiệm này cho biết có khoảng 50 triệu người trên thế giới bị chấn thương sọ não hàng năm và trước đây các bác sĩ phải dựa vào những dấu hiệu lâm sàng của bệnh nhân như đau đầu, buồn nôn để đưa ra chẩn đoán. Tuy nhiên, chẩn đoán có thể sai nếu bệnh nhân không cung cấp đúng thông tin. Ví dụ, các vận động viên thường có xu hướng khai giảm nhẹ triệu chứng để có thể tiếp tục thi đấu.

“Xét nghiệm mới cung cấp một chỉ số đo chấn thương khách quan có thể thu thập nhanh chóng và dễ dàng trong quá trình sơ cứu,” theo thông cáo của Trung tâm Y dược, Đại học Rochester, nơi phương pháp xét nghiệm mới được phát triển. Xét nghiệm này đã được FDA phê duyệt vào tháng 2 vừa qua và là một phần trong chương trình “theo dõi nhanh” để kiểm soát chấn thương sọ não.

Theo các nhà khoa học, xét nghiệm này tìm kiếm hai loại protein trong não thường xuất hiện trong máu sau khi bệnh nhân bị chấn thương đầu. Nếu không phát hiện hai protein này, khả năng cao là bệnh nhân không bị chấn thương sọ não; ngược lại, nếu chúng xuất hiện trong kết quả xét nghiệm máu, bệnh nhân cần chụp cắt lớp ngay.

Jeffrey J. Bazarian, người đứng đầu nghiên cứu và là giáo sư khoa cấp cứu tại Rochester, giải thích: “Khả năng dự đoán chấn thương sọ não trước khi chụp cắt lớp của xét nghiệm này sẽ giúp các bác sĩ cấp cứu nhanh chóng có đánh giá khách quan về tình trạng não bộ của bệnh nhân”.

Rotor quay nhanh nhất thế giới

Tongcang Li và Jonghoon Ahn tin rằng rotor có số vòng quay 60 tỷ vòng/phút (rpm) của họ sẽ giúp mở đường cho những khám phá vật lý lượng tử mới. Ảnh: Đại học Purdue/Vincent Walter.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Purdue, Đại học Tsinghua và Trung tâm Đổi mới Hợp tác về Vật chất Lượng tử tại Bắc Kinh đã chế tạo rotor nhanh nhất thế giới có tốc độ quay 60 tỷ vòng/phút, nhanh hơn máy khoan răng 100.000 lần (và nhỏ hơn thiết bị này nhiều). Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.

“Người ta nói rằng không có thứ gì tồn tại trong môi trường chân không, nhưng từ góc độ vật lý, chúng tôi biết rằng môi trường này không thực sự trống rỗng,” Tongcang Li, phó giáo sư vật lý, thiên văn học, kỹ thuật điện và kỹ thuật máy tính tại Purdue, nói. Với công nghệ dùng để phát triển rotor này, Li và đồng nghiệp hy vọng có thể mở rộng hiểu biết về “những điều kiện khắc nghiệt mà các loại vật chất khác nhau có thể tồn tại”, trong đó có các điều kiện giống chân không. Đối với vật lý lượng tử, tiến bộ này có thể ứng dụng để tìm hiểu quá trình hình thành vũ trụ.

Để thiết kế rotor nhanh nhất thế giới, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một hạt nano silica siêu nhỏ hình cầu mà mắt thường không nhìn thấy được. Tiếp đó, họ đưa hạt nano vào trạng thái chân không cao và sử dụng tia laze để nó bay lơ lửng theo hai cách: tia laze tuyến tính khiến hạt nano rung hoặc tia laze quay tròn để làm hạt nano quay vòng.

“Hạt nano quay vòng hoạt động tương tự như một rotor, còn hạt nano rung có thể dùng làm công cụ để đo các lực và momen xoắn siêu nhỏ, hay còn gọi là cân xoắn. Những thiết bị này từng được sử dụng để phát hiện những chỉ số như hằng số hấp dẫn và khối lượng riêng của Trái Đất, tuy nhiên Li hy vọng rằng khi được nâng cấp, chúng có thể được ứng dụng trong nghiên cứu cơ học lượng tử và tính chất của chân không,” thông cáo của Purdue giải thích.

Theo Samantha Shaddock

BÌNH LUẬN CỦA BẠN