Công nghệ mới

Công nghệ nano hội tụ vào phân tử và nguyên tử. Nó là kĩ nghệ và xây dựng cho nhiều thứ ở qui mô phân tử hay “từ đáy lên” để cho các nhà khoa học có thể tạo ra vật liệu mới mà không thể hình dung được trước khi công nghệ này được phát minh ra. Năng lực lí thuyết này được nhìn thấy trước từ năm 1959 bởi Ts. Richard Feynman, một nhà vật lí học được giải thưởng Nobel, người đã viết: “Tôi muốn xây dựng một tỉ cơ xưởng tí hon nơi chúng ta có thể diễn tập các thứ nguyên tử bằng nguyên tử. Tất nhiên, về nguyên tắc, điều đó có thể được làm; nhưng trong thực hành, điều đó đã không được làm bởi vì chúng ta quá to.” Tuy nhiên, ngày nay với tiến bộ của công nghệ, các nhà khoa học đã có khả năng dùng các máy phân tử đặc biệt được hướng dẫn bởi máy tính để tái cấu trúc nhiều vật liệu tương ứng và cuộc cách mạng chế tạo mới đã bùng nổ. Theo nhiều khảo cứu, công nghệ này sẽ tạo ra các hệ quả kinh tế, xã hội, môi trường và quân sự nghiêm chỉnh. Với công nghệ này, có thể tạo ra vật liệu mới hoàn toàn với những thuộc tính đặc biệt. Tưởng tượng một thiết bị y tế nhỏ như một robot rất nhỏ đi qua thân thể con người để tìm ra và phá huỷ các tế bào ung thư trước khi chúng có thể lan rộng. Tưởng tượng một robot đi qua mạch máu và dọn sạch mọi bệnh dịch gây ra bệnh tim. Tưởng tượng một ổ đĩa nhỏ hơn cục tẩy trong laptop có thể lưu giữ một trăm terabytes thông tin. Tưởng tượng một vật liệu hợp thành mới mạnh hơn thép nhưng rẻ hơn để xây dựng cho các vật liệu xây dựng.

Nếu công nghệ điện hay máy tính đã thay đổi xã hội của chúng ta trong thế kỉ 20, công nghệ nano sẽ làm thay đổi lớn xã hội chúng ta trong thế kỉ 21 và cải tiến hiệu quả trong hầu hết mọi thứ trong cuộc sống. Việc thương mại hoá công nghệ này sẽ làm thay đổi gần như mọi thứ. Nó có thể cung cấp không chỉ sản phẩm tốt hơn, mà cả qui trình chế tạo được cải tiến bao la. Chẳng hạn, máy tính ngày nay có thể làm sao chép các tệp dữ liệu và tạo ra nhiều bản sao tuỳ ý bán với giá tối thiểu. Tưởng tượng việc xây dựng các sản phẩm; bất kì sản phẩm nào cũng có thể trở thành rẻ như việc sao tệp. Điều đó nghĩa là một máy có thể tái tạo lại máy khác, tạo ra hàng triệu thứ ở mức nguyên tử trở lên. Đó là lí do tại sao nhiều nhà khoa học gọi nó là “Cuộc cách mạng công nghiệp tiếp.” Một trong các nghiên cứu tôi thấy trong phòng thí nghiệm của chúng tôi ở Carnegie Mellon là các vật liệu mà có thể được làm thành quần áo trong đó nó cảm giác được nhiệt độ thân thể, đo được thông tin sức khoẻ và thông báo cho người mặc nó về bất kì cái gì sai trong thân thể họ. Tưởng tượng rằng quần áo của bạn sẽ để cho bạn biết về nhịp tim của bạn, trao đổi chất của bạn, và liệu bạn có bệnh nào hay không. Ts. Kimball, nhà nghiên cứu bảo tôi rằng trong vài năm nữa sẽ nó sẽ thành có sẵn và trong vòng mười năm, hầu hết mọi người có lẽ sẽ mặc loại vật liệu này thay vì quần áo thông thường được làm từ bông. Điều đó nghĩa là khu chế tạo quần áo sẽ mua vật liệu này cho sản phẩm của họ và điều đó sẽ tác động lên nông nghiệp, cơ xưởng, cửa hàng bán lẻ, và đặc biệt là cách chúng ta sống. Ông ấy đùa: “Áo sơ mi của ông sẽ nói cho ông rằng ông có đủ năng lượng cho cả ngày không, và nếu ông ăn nhiều ông sẽ tăng cân. Điều đó sẽ là tuyệt vời cho những người không muốn bị béo. Tất nhiên liệu ông có tiếp tục ăn hay không, đó là quyết định của ông.” Ông ấy nói thêm: “Khi ông ăn, áo sơ mi của ông có thể cho ông biết rằng ông ăn nhiều mỡ bão hoà thế và điều đó có thể gây ra bệnh tim cho nên ông phải dừng lại. Nó sẽ đo trao đổi chất thân thể của ông và để ông biết về những điều nào đó có thể tác động lên sức khoẻ của ông nữa.”

Khu vực bùng nổ khác là công nghệ sinh học hay nghiên cứu công nghệ hội tụ vào tế bào và cấu trúc gen. Ngày nay, nhiều bệnh tật đã được dõi vết về yếu tố gen. Bằng cách làm việc ở mức gen, có thể không chỉ điều trị cho bệnh mà thậm chí còn khử đi tính nhạy cảm với nó để cho bệnh không xảy ra. Điều trị được cá nhân hoá thích ứng theo cấu trúc gen của một người có thể là có hiệu quả hơn nhiều so với điều trị chung bởi y học ngày nay. Từ tháng 6/2000, với kết quả của dự án hệ gen người, toàn thể lĩnh vực sinh học đã được thay đổi. Các nhà khoa học đã có khả năng xác định trình tự của trên ba tỉ cặp DNA của con người và từ trình tự DNA này, họ sẽ có khả năng xác định nguyên nhân gen của nhiều bệnh và dẫn tới các chẩn đoán, điều trị, và chữa chạy cho các bệnh này. Kể từ đó, đã có những tiến bộ chính trong công nghệ sinh học. Các khảo cứu đã móc nối hơn 200 gen với các kiểu ung thư đa dạng; nhiều bệnh đã được dõi vết về đa biến thể gen; và giá của việc sắp xếp trình tự DNA đã giảm từ hàng triệu xuống vài nghìn đô la cho một người. Ngày nay chúng ta biết rằng tính nhạy cảm của một người với bệnh tật phụ thuộc nhiều vào hiệu quả tổ hợp của mọi gen trong thân thể. Do đó, ánh xạ tổ phức hợp này các mối quan hệ gen cung cấp hi vọng tốt nhất để điều chỉnh công nghệ sinh học trong trị liệu hay chữa bệnh. Ngày nay khoa công nghệ sinh học của CMU đang làm việc cho một công cụ mới mà tạo khả năng sắp trình tự các hệ gen người với giá $1,000. Điều này sẽ làm tăng số hệ gen cá nhân sẵn có cho việc tìm các liên hệ giữa gen và bệnh. Các nhà khoa học của Carnegie Mellon tin vào cách tiếp cận của họ sẽ giúp cho các bác sĩ chẩn đoán và hướng dẫn điều trị trong tương lai gần.

Bên cạnh điều trị bệnh, các nhà khoa học công nghệ sinh học có thể thay đổi gen của cây trồng để cho nó có thể chịu được hạn hán, bệnh tật hay thậm chí sâu bọ. Nó cũng có thể được dùng để xử lí chất thải, dọn dẹp các khu vực ô nhiễm, các vật liệu hữu cơ tái sinh v.v. Hàng nghìn sản phẩm này đã được kiểm nghiệm và chấp nhận cho việc dùng thương mại. Trong khu vực có vấn đề với sâu bọ, thay vì dùng hoá chất độc để phun lên cây trồng để giết sâu bọ mà cũng có thể gây ra hại cho con người, tốt hơn cả là dùng cây trồng được thay đổi có hương vị nào đó mà sâu bọ không thể ăn được nhưng không gây hại cho tiêu thụ con người.

Công nghiệp công nghệ sinh học là ngành công nghiệp tăng trưởng nhanh nhất ngày nay. Từ 1995, nó đã tăng trưởng trên 850% với trên $150 tỉ đô la thu nhập năm 2010. Lĩnh vực này cung cấp ích lợi trong việc giải quyết vấn đề con người với miền ứng dụng rộng từ chăm sóc sức khoẻ, nông nghiệp, tới năng lượng và môi trường. Một nhà phân tích phố Wall giải thích: “Tương lai của lĩnh vực này sẽ lớn hơn hàng trăm lần so với bất kì ngành công nghiệp nào trên thế giới. Nếu bạn nghĩ công nghệ thông tin là dẫn lái kinh tế chính, bạn vẫn chưa thấy gì cả. Trong công nghệ thông tin bạn đo bằng tỉ đô la nhưng trong công nghệ sinh học và công nghệ nano, bạn đo bằng nghìn tỉ đô la. Bạn không cần máy tính để sống nhưng khi bạn ốm, khi bạn bị ung thư hay bệnh hiểm nghèo bạn sẽ cần thuốc và điều trị. Bằng đầu tư vào công nghệ sinh học, bạn đang đầu tư vào tương lai. Vài năm nữa kể từ giờ các công ti công nghệ sinh học sẽ lớn hơn nhiều so với Google, Microsoft hay Facebook tổ hợp lại.”

Ngày nay, hai công nghệ này cung cấp miền rộng các nghề nghiệp mà được công nghiệp săn tìm cao. Việc làm công nghệ sinh học và công nghệ nano là trong những việc được trả lương cao nhất với sự thoả mãn việc làm lớn nhất. Những công nghệ này thường được liên kết với phát kiến, và việc phát triển của công nghệ mới, vật liệu mới, thuốc mới, dịch vụ y tế mới, cây trồng mới, phương pháp mới và giải pháp mới v.v. Hiện thời có nhiều việc làm trong các lĩnh vực này hơn những người đủ phẩm chất để lấp vào chúng trong hầu hết các nước đã phát triển. Với sinh viên tương lai, nếu bạn thích khoa học và công nghệ, bạn có thể xem xét học về công nghệ thông tin, công nghệ sinh học hay công nghệ nano.

—-English version—-

The new technologies

Today there are three emerging technologies that are exploding and creating more business opportunities than anything else. They are Nanotechnology, Biotechnology, and Information technology. Most people have seen the impact of information technology such as personal computers, Internet, iPod, iPad, MP3, mobile phones and smart phones as well as stories of billionaire entrepreneurs such as Bill Gates, Steve Jobs, or Mark Zuckerberg etc. But few people know about the impact of the other technologies.

Nanotechnology focuses on molecules and atoms. It is the engineering and building of many things at the molecular scale or “bottom up” so scientists can create new materials that it is impossible to imagine before this technology was invented. This theoretical capability was envisioned in 1959 by Dr. Richard Feynman, a Nobel physicist who wrote: “I want to build a billion tiny factories where we can maneuver things atom by atom. Of course, in principle, that can be done; but in practice, it has not been done because we are too big.” However, today with the advancement of technology, scientists have been able to use special molecular machines guide by computers to reconstruct several materials accordingly and a new manufacturing revolution has exploded. According to several studies, this technology will creates serious economic, social, environmental and military implications. With this technology, it is possible to create completely new materials with special properties. Imagine a small medical device like a very small robot that travels through the human body to seek out and destroy cancerous cells before they can spread. Imagine a robot goes through the blood stream and clean up of all plagues that cause heart disease. Imagine a disk drive smaller than an eraser in a laptop that can store hundred of terabytes of information. Imagine a new composite material stronger than steel but cheaper to build for construction materials.

If electricity or computer technology has changed our society in the 20th century, Nanotechnology will greatly change our society in the 21st century and improve efficiency in almost everything in life. The commercialization of this technology will change almost everything. It can offer not just better products, but a vastly improved manufacturing process. For example, today computer can make copies of data files and create many copies as you want at minimum cost. Imagine the building of products; any product can become as cheap as the copying of files. That means a machine can reproduce other machines creates million of things at the atomic level up. That is why many scientists called it “The next industrial revolution.” One of the researches I saw in our laboratory at Carnegie Mellon was materials that can be made into clothes in which it senses body temperature, measure health information and informs people who wear it of anything wrong in their body. Imagine that your clothes will let you know about your heart rate, your metabolism, and whether you have any disease or not. Dr. Kimball, the researcher told me that it will be available in few years and within ten years; most people will probably wear this kind of materials instead of regular clothes made from cotton. That means clothing manufacturing will buy this materials for their products and it will impact agriculture, factories, retail stores, and especially the way we live. He joked: “Your shirt will tell you that you have enough calories for the day, and if you eat more you will gain weight. It would be wonderful for people who do not want to get fat. Of course whether you continue to eat or not, that is your decision.” He added: “When you eat, your shirt may let you know that you eat so much saturated fat and it could cause heart disease so you should stop. It will measure your body metabolism and let you know of certain things that may impact your health too.”

Another exploding area is Biotechnology or the study of technology that focuses on cells and genetic structures. Today, many diseases have been traced to genetic factors. By working at the level of genes, it is possible not only to treat the disease but even to eliminate the susceptibility to it so that disease does not happen. Personalized treatment adapted to the genetic makeup of a person can be far more effective than generalized treatment of disease by medicine today. Since June of 2000, with the result of The Human Genome Project, the entire field of biology has been changed. Scientists have been able to determine the sequence of over three billion pairs of human DNA and from sequencing these DNA; they would be able to determine the genetic causes of many diseases and lead to diagnoses, treatments, and cures for these illnesses. Since then, there were some major advances in biotechnology. Studies have linked more than 200 genes to various types of cancer; many diseases have been traced to multiple genetic variants; and the price of sequencing DNA has dropped from million to few thousand dollars per person. Today we know that a person’s susceptibility to disease depend more on the combined effect of all the genes in the body. Therefore, mapping this complex nest of genetic relationships offers the best hope for turning biotechnology into therapies or cures. Today CMU Biotechnology department is working a new instrument that enable sequencing of a personal genome for $1,000. This will increase the number of individual genomes available for finding associations between genes and disease. Carnegie Mellon’s scientists believe their approach will help doctor to diagnose and guide treatment in the near future.

Besides treating disease, Biotechnology scientists can modify the genetic of a crop so it can tolerate drought, disease or even insects. It can also used to treat waste, clean up contaminated area, recycle organic materials etc. Thousands these products have been tested and approved for commercial use. In area that have problem with insects, instead of using toxic chemical to spay into crops to kill insect but also may cause harm to people, it is better to use modified crops that have certain flavor that insects cannot eat but do not cause harms to human consumption.

Biotechnology industry is the fastest growing industry today. Since 1995, it has grown over 850% with over $150 billion in revenues in 2010. This field offers significant benefits in solving human problems with a wide range of applications from healthcare, agriculture, to energy and environment. A Wall street analyst explained: “The future of this field will be hundred times larger than any industry in the world. If you think information technology is a major economic drive, you have not seen anything yet. In information technology you measure by billion dollars but in biotechnology and nanotechnology, you measure by trillion dollars. You do not need a computer to live but when you are sick, when you have cancer or fatal diseases you will need medicine and treatments. By invest in Biotechnology; you are investing in the future. Few years from now biotechnology companies will be much bigger than Google, Microsoft or Facebook combine.”

Today, these two technologies offer a wide range of careers that are highly sought by the industry. Biotechnology and Nanotechnology jobs are among the highest paid with the highest job satisfaction. These technologies are often associated with innovation, and the developments of new technology, new materials, new drugs, new medical devices new crops, new methods and new solutions etc. Currently there are more jobs in these fields than qualified people to fill them in most developed countries. For future students, if you like science and technology, you may want to consider study Information technology, Biotechnology or Nanotechnology.