Công nghệ siêu nhỏ hướng đến tương lai

Hãy tưởng tượng một máy in 3D di động mà bạn có thể cầm trong lòng bàn tay. Thiết bị nhỏ bé cho phép người dùng nhanh chóng tạo ra vật thể tùy chỉnh, chi phí thấp khi đang di chuyển - như dây buộc để sửa bánh xe đạp bị lung lay hoặc một bộ phận cho một ca phẫu thuật y tế quan trọng.

Máy in 3D cỡ đồng xu

Nhóm nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Đại học Texas tại Austin (UT Austin) đã có bước tiến lớn trong việc biến ý tưởng này thành hiện thực bằng cách trình diễn máy in 3D đầu tiên dựa trên chip. Thiết bị chứng minh khái niệm của họ bao gồm một chip quang tử đơn lẻ, có kích thước milimet, phát ra các chùm ánh sáng có thể định hình lại vào một giếng nhựa - nơi nhựa sẽ đông cứng thành hình dạng rắn khi có ánh sáng chiếu vào.

Chip nguyên mẫu không có bộ phận chuyển động, thay vào đó dựa vào một mảng ăng-ten quang học nhỏ điều khiển chùm sáng chiếu lên nhựa lỏng được thiết kế để đông cứng nhanh khi tiếp xúc với bước sóng ánh sáng khả kiến của chùm sáng. Bằng cách kết hợp photonic silicon và quang hóa học, nhóm nghiên cứu liên ngành chứng minh một con chip có thể điều khiển chùm sáng in 3D các mẫu hai chiều tùy ý. Hình dạng được hình thành hoàn chỉnh chỉ trong vài giây.

Công nghệ siêu nhỏ hướng đến tương lai -0
Thiết bị nhỏ bé cho phép người dùng nhanh chóng tạo ra vật thể tùy chỉnh như dây buộc để sửa bánh xe đạp bị lung lay hoặc một bộ phận cho một ca phẫu thuật y tế quan trọng.

Loại máy in 3D di động này có nhiều ứng dụng - chẳng hạn như cho phép bác sĩ lâm sàng tạo ra mọi thành phần thiết bị y tế theo yêu cầu hoặc cho phép kỹ sư tạo nguyên mẫu nhanh chóng tại công trường. Jelena Notaros, giáo sư Khoa Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính (EECS) của MIT, cho biết: “Hệ thống này đang hoàn toàn tái định nghĩa máy in 3D là gì. Nó không còn là một chiếc hộp lớn đặt trên băng ghế trong phòng thí nghiệm để tạo ra vật thể nữa, mà là thứ gì đó cầm tay và di động. Thật thú vị khi nghĩ về những ứng dụng mới có thể xuất hiện từ đây và lĩnh vực in 3D có thể thay đổi như thế nào”.

Nhóm Notaros trước đây đã phát triển hệ thống mảng quang học tích hợp điều khiển các chùm ánh sáng bằng cách sử dụng một loạt ăng-ten vi mô được chế tạo trên một con chip bằng quy trình sản xuất chất bán dẫn. Bằng cách tăng tốc hoặc trì hoãn tín hiệu quang ở hai bên của dãy ăng-ten, họ có thể di chuyển chùm ánh sáng phát ra theo một hướng nhất định. Những hệ thống như vậy là chìa khóa cho các cảm biến lidar, giúp lập bản đồ môi trường xung quanh bằng cách phát ra các chùm ánh sáng hồng ngoại bật ra khỏi vật thể ở gần. Gần đây, nhóm tập trung vào những hệ thống phát ra và điều khiển ánh sáng khả kiến cho các ứng dụng thực tế tăng cường.

Sabrina Corsetti, tác giả chính và nghiên cứu sinh EECS, bình luận: “Với nhựa quang hóa, rất khó để làm cho chúng đông cứng hoàn toàn ở bước sóng hồng ngoại, đây là nơi mà hệ thống mảng pha quang học tích hợp đã hoạt động trong quá khứ đối với lidar. Ở đây, chúng ta đang gặp nhau ở giữa quang hóa học tiêu chuẩn và quang tử silicon bằng cách sử dụng nhựa quang hóa bằng ánh sáng khả kiến và chip phát sáng khả kiến để tạo ra máy in 3D dựa trên chip này. Bạn có sự kết hợp của hai công nghệ này thành một ý tưởng hoàn toàn mới”. Nguyên mẫu của họ bao gồm một chip quang tử duy nhất chứa một dãy ăng-ten quang dày 160 nanomet. (Một tờ giấy dày khoảng 100.000 nanomet.) Toàn bộ con chip vừa khít với một đồng 25 xu Mỹ.

Công nghệ siêu nhỏ hướng đến tương lai -0
Jelena Notaros, giáo sư Khoa Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính (EECS) của MIT.

Khi được cung cấp năng lượng bởi tia laser ngoài chip, mạng ăng-ten phát ra một chùm ánh sáng khả kiến điều khiển được vào giếng nhựa quang hóa. Con chip nằm bên dưới một phiến kính trong suốt, giống như những phiến kính được sử dụng trong kính hiển vi, có một vết lõm nông giữ nhựa. Nhóm nhà nghiên cứu sử dụng tín hiệu điện điều khiển phi cơ học chùm sáng, khiến nhựa đông cứng ở bất cứ nơi nào chùm sáng chiếu vào.

Nhưng việc điều chế hiệu quả ánh sáng có bước sóng khả kiến, bao gồm việc thay đổi biên độ và pha của nó, lại đặc biệt khó khăn. Một phương pháp phổ biến là làm nóng chip, nhưng phương pháp này không hiệu quả và chiếm nhiều không gian vật lý. Thay vào đó, nhóm nhà nghiên cứu sử dụng tinh thể lỏng để tạo ra các bộ điều biến nhỏ gọn mà họ tích hợp vào chip. Đặc tính quang học độc đáo của vật liệu cho phép bộ điều biến cực kỳ hiệu quả và chỉ dài khoảng 20 micron. Một ống dẫn sóng duy nhất trên chip giữ ánh sáng từ tia laser ngoài chip. Chạy dọc theo ống dẫn sóng là những vòi nhỏ truyền một ít ánh sáng đến từng ăng-ten.

Nhóm nhà nghiên cứu tích cực điều chỉnh các bộ điều biến bằng cách sử dụng điện trường, giúp định hướng lại phân tử tinh thể lỏng theo một hướng nhất định. Bằng cách này, họ kiểm soát chính xác biên độ và pha của ánh sáng truyền tới ăng-ten. Nhưng việc tạo hình và điều khiển chùm tia chỉ là một nửa của vấn đề. Việc kết nối với một loại nhựa quang hóa mới là một thách thức hoàn toàn khác.

Nhóm tại UT Austin đã hợp tác chặt chẽ với Nhóm Notaros tại MIT, cẩn thận điều chỉnh các hỗn hợp hóa chất và nồng độ để tạo ra một công thức có thời hạn sử dụng dài và đóng rắn nhanh. Cuối cùng, nhóm sử dụng nguyên mẫu của mình để in 3D các hình dạng hai chiều tùy ý chỉ trong vài giây. Dựa trên nguyên mẫu này, họ muốn hướng tới phát triển một hệ thống giống như hệ thống mà họ đã hình thành ban đầu - một con chip phát ra ảnh ba chiều của ánh sáng khả kiến trong giếng nhựa cho phép in 3D thể tích chỉ trong một bước.

Công nghệ siêu nhỏ hướng đến tương lai -0
Sabrina Corsetti, tác giả chính và nghiên cứu sinh EECS.

Chế tạo siêu laser Titanium-Sapphire… bỏ túi

Chỉ bằng một bước nhảy vọt từ máy tính để bàn lên kích thước vi mô, nhóm kỹ sư tại Đại học Stanford sản xuất ra tia laser titan-sapphire trên chip đầu tiên trên thế giới. Nhóm nhà nghiên cứu phát triển một loại laser titan-sapphire có kích thước chip nhỏ hơn đáng kể và rẻ hơn so với các mô hình truyền thống, giúp nó ứng dụng rộng rãi hơn trong quang học lượng tử, khoa học thần kinh và nhiều lĩnh vực khác. Công nghệ mới này dự kiến sẽ cho phép các phòng thí nghiệm có hàng trăm loại laser mạnh mẽ này trên một con chip duy nhất, được cung cấp năng lượng bởi một con trỏ laser màu xanh lá cây đơn giản.

Khi nói đến laser, những loại được làm bằng Titanium-sapphire (gọi là Ti:sapphire) được coi là có hiệu suất “vô song”. Chúng không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực - bao gồm quang học lượng tử tiên tiến, quang phổ học và khoa học thần kinh. Nhưng hiệu suất đó có giá rất đắt. Laser Ti:sapphire có kích thước lớn, thể tích theo thứ tự mét khối. Chúng đắt tiền - mỗi chiếc có giá hàng trăm nghìn USD - và cần laser công suất cao. Bản thân chúng có giá 30.000 USD mỗi chiếc, để cung cấp đủ năng lượng cho chúng hoạt động. Kết quả là, laser Ti:sapphire chưa bao giờ đạt được sự chấp nhận rộng rãi, thực tế mà chúng xứng đáng có - cho đến bây giờ. Trong một bước nhảy vọt về quy mô, hiệu quả và chi phí, nhóm nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford chế tạo laser Ti:sapphire trên một con chip. Nguyên mẫu nhỏ hơn bốn cấp độ (10.000 lần) và rẻ hơn ba cấp độ (1.000 lần) so với bất kỳ laser Ti:sapphire nào từng được sản xuất.

Jelena Vuckovic, Giáo sư Kỹ thuật Điện và là thành viên Khoa Vật lý Ứng dụng tại Đại học Stanford, giới thiệu:  “Đây là một sự thay đổi hoàn toàn so với mô hình cũ. Thay vì một tia laser lớn và đắt tiền, bất kỳ phòng thí nghiệm nào cũng sớm có hàng trăm tia laser có giá trị này trên một con chip duy nhất. Và bạn có thể cung cấp năng lượng cho tất cả bằng một con trỏ laser màu xanh lá cây”. Về mặt kỹ thuật, tia laser Ti:sapphire có giá trị như vậy vì chúng có “băng thông khuếch đại” lớn nhất trong bất kỳ tinh thể laser nào. Nói một cách đơn giản, băng thông khuếch đại được hiểu là dải màu rộng hơn mà tia laser có thể tạo ra so với các tia laser khác. Nó cũng cực nhanh. Các xung ánh sáng phát ra sau mỗi một phần nghìn tỷ giây. Nhưng laser Ti:sapphire cũng khó kiếm. Ngay cả phòng thí nghiệm của Vuckovic, nơi thực hiện loạt thí nghiệm quang học lượng tử tiên tiến, cũng chỉ có một vài loại laser quý giá này để chia sẻ.

Laser Ti:sapphire mới vừa khít với một con chip được đo bằng milimét vuông. Nếu nhóm nhà nghiên cứu sản xuất hàng loạt chúng trên các tấm wafer, có khả năng hàng nghìn, thậm chí hàng chục nghìn laser Ti:sapphire có thể được nén trên một đĩa vừa vặn trong lòng bàn tay con người. Joshua Yang, một ứng viên tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Jelena Vuckovic, lưu ý: “Chip nhẹ. Có thể di chuyển. Giá thành rẻ và hiệu quả. Không có bộ phận chuyển động. Và có thể sản xuất hàng loạt. Còn gì không thích nữa? Điều này dân chủ hóa tia laser Ti:sapphire”.

Công nghệ siêu nhỏ hướng đến tương lai -0
Tia laser mới dựa vào một khối titan-sapphire. Để so sánh, cả hai đều nằm trên 1/4 đồng xu.

Để tạo ra tia laser mới, nhóm nhà nghiên cứu bắt đầu với một lớp Titanium-sapphire lớn trên một nền tảng silicon dioxide (SiO2), tất cả đều nằm trên tinh thể sapphire thật. Sau đó, họ mài, khắc và đánh bóng Ti:sapphire thành một lớp cực mỏng - chỉ dày vài trăm nanomet. Vào lớp mỏng đó, họ sau đó tạo hoa văn một xoáy nước gồm nhiều gờ nhỏ. Những gờ này giống như cáp quang, dẫn ánh sáng xung quanh và xung quanh, tăng dần cường độ. Trên thực tế, hoa văn này được gọi là ống dẫn sóng. Mảnh ghép còn lại của câu đố là một bộ phận sưởi ấm siêu nhỏ có chức năng làm ấm ánh sáng truyền qua chuỗi ống dẫn sóng, cho phép nhóm Vuckovic thay đổi bước sóng của ánh sáng phát ra để điều chỉnh màu sắc của ánh sáng ở bất kỳ mức nào trong khoảng từ 700 đến 1.000 nanomet - từ màu đỏ đến hồng ngoại.

Trong vật lý lượng tử, tia laser mới cung cấp một giải pháp không tốn kém và thiết thực có thể thu nhỏ đáng kể máy tính lượng tử hiện đại. Trong khoa học thần kinh, nhóm nhà nghiên cứu thấy trước ứng dụng ngay lập tức trong quang di truyền học - một lĩnh vực cho phép nhà khoa học kiểm soát các tế bào thần kinh bằng ánh sáng được dẫn hướng bên trong não bằng sợi quang tương đối cồng kềnh. Họ cho biết, tia laser quy mô nhỏ được tích hợp vào đầu dò nhỏ gọn hơn, mở ra những hướng thử nghiệm mới. Trong nhãn khoa, nó có thể tìm thấy ứng dụng mới cùng với khuếch đại xung chirped giành giải Nobel trong phẫu thuật bằng laser hoặc cung cấp công nghệ chụp cắt lớp quang học nhỏ gọn hơn, ít tốn kém hơn được sử dụng để đánh giá sức khỏe võng mạc.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu đang hoàn thiện laser Ti:sapphire quy mô chip và tìm cách sản xuất hàng loạt - hàng nghìn chiếc cùng một lúc, trên các tấm wafer.

Diên San (Tổng hợp)

Các tin khác

Koral - Tên lửa đất đối không của Ukraine

Koral - Tên lửa đất đối không của Ukraine

Tên lửa đất đối không Koral (đôi khi cũng được viết là Coral) dường như đã ra mắt công chúng như một phần trong loạt hệ thống vũ khí nội địa mới của Ukraine được giới thiệu gần đây.

Những thử nghiệm độc đáo của NASA trong không gian

Những thử nghiệm độc đáo của NASA trong không gian

Các thí nghiệm trên tàu con thoi vũ trụ đã chỉ ra rằng vi khuẩn Salmonella, một nguồn gây ngộ độc thực phẩm phổ biến và đôi khi gây tử vong, trở nên độc hại hơn trong không gian. Đó là nghiên cứu được thực hiện trên chuyến bay STS-115 của tàu Atlantis năm 2006 và STS-123 của tàu Endeavour hai năm sau đó...

Báo động tình trạng ma túy xâm nhập học đường

Báo động tình trạng ma túy xâm nhập học đường

Những lọ tinh dầu nhỏ gọn, mang vẻ ngoài vô hại như dung dịch thuốc nhỏ mắt hay tinh dầu thuốc lá điện tử đang trở thành lớp vỏ ngụy trang tinh vi cho các chất ma túy thế hệ mới. Không chỉ dừng lại ở việc sử dụng, mà đau lòng hơn, nhiều em học sinh còn mua bán, tàng trữ ngay trong môi trường học đường, gióng lên hồi chuông cảnh báo về tình trạng mua bán ma túy ngày càng trẻ hóa.

Hiệu quả chuyển đổi số trong công tác tuyển sinh đầu cấp

Hiệu quả chuyển đổi số trong công tác tuyển sinh đầu cấp

Những ngày gần đây, các địa phương trên cả nước đang tất bật triển khai công tác tuyển sinh đầu cấp. Với thành phố đông dân, tập trung nhiều trường học như Thủ đô Hà Nội, công tác tuyển sinh càng được chú trọng thay đổi; từ khâu đăng ký dự thi, tra cứu thông tin đến công bố kết quả triển khai đồng bộ các nền tảng trực tuyến, mang lại sự thuận tiện và minh bạch hơn cho phụ huynh, học sinh.

Một quyết định tháo gỡ

Một quyết định tháo gỡ

Chiều 5/12/2025, với 439/443 đại biểu biểu quyết tán thành, Quốc hội đã thông qua thông Luật Giám định tư pháp sửa đổi, sẽ có hiệu lực từ ngày 1/5/2026. Luật này đã khôi phục “quyền” giám định pháp y thương tích trên người sống của các bác sĩ pháp y CAND…

Một vụ mạo danh và sự ra đời của pháp lý về danh tính

Một vụ mạo danh và sự ra đời của pháp lý về danh tính

Giữa thế kỷ XVI, tại một ngôi làng nhỏ miền Nam nước Pháp, một người đàn ông trở về sau nhiều năm mất tích và được cả cộng đồng thừa nhận là Martin Guerre. Ông được vợ chấp nhận, được gia đình đón nhận, thậm chí tham gia các tranh chấp tài sản như một chủ hộ thực sự. Chỉ có một sự thật mà không ai nhận ra trong nhiều năm: ông không phải Martin Guerre. Vụ án sau đó không chỉ là câu chuyện về một kẻ mạo danh, mà còn trở thành một trong những hồ sơ đầu tiên đặt nền móng cho tư duy pháp lý về danh tính con người - một vấn đề mà hơn 4 thế kỷ sau vẫn còn nguyên tính thời sự.

Chúng ta quá dễ bị tổn thương khi dữ liệu trở thành vũ khí

Chúng ta quá dễ bị tổn thương khi dữ liệu trở thành vũ khí

Cuộc tấn công bằng máy bay không người lái của Iran mới đây nhắm vào trung tâm dữ liệu của các hãng công nghệ lớn tại Trung Đông bất ngờ gióng lên hồi chuông cảnh báo đối với thế giới: cơ sở hạ tầng dữ liệu đã chuyển từ tài sản thương mại thành mục tiêu chiến lược.

Cuộc chạy đua tên lửa dẫn đường chính xác

Cuộc chạy đua tên lửa dẫn đường chính xác

Các cường quốc hàng đầu hiện đang bắt đầu hiểu được những thay đổi mang tính cách mạng do tiềm năng sử dụng rộng rãi các loại vũ khí chính xác tầm xa mang lại. Ở quy mô mà tên lửa chiến thuật có thể được sản xuất và triển khai hàng nghìn chiếc, tên lửa hành trình hàng chục nghìn chiếc và máy bay không người lái cảm tử tầm xa hàng triệu chiếc mỗi năm, tác động của chúng sẽ tương đương với vũ khí hạt nhân, ít nhất là ở cấp độ chiến thuật. Tất nhiên, giải pháp tối ưu sẽ luôn là sự kết hợp của cả hai, nhưng hoàn toàn có thể trong vòng 5 đến 10 năm tới, chính các loại vũ khí tầm xa, độ chính xác cao sẽ có khả năng giải quyết nhiệm vụ chính là đánh bại kẻ thù từ xa mà không cần sử dụng máy bay có người lái.

Những vũ khí mới Mỹ tấn công Iran được nâng cấp từ chính vũ khí nổi tiếng của Tehran

Những vũ khí mới Mỹ tấn công Iran được nâng cấp từ chính vũ khí nổi tiếng của Tehran

Cuộc chiến với Iran đang trở thành nơi thử nghiệm cho các loại vũ khí mới nhất của Mỹ. Quân đội Hoa Kỳ đã sử dụng một số loại vũ khí mới để thực hiện các cuộc tấn công chống lại Tehran. Chúng bao gồm tên lửa đạn đạo tầm ngắn và máy bay không người lái (UAV) tấn công giá rẻ. Loại này được Mỹ cải biên từ công nghệ UAV của Iran. Các nhà quan sát cũng phát hiện ra một biến thể mới của tên lửa hành trình phóng từ tàu chiến.

Data “nóng” lên sàn “chợ đen”

Data “nóng” lên sàn “chợ đen”

Bỗng một ngày nào đó, người ta bàng hoàng khi phát hiện hình ảnh của mình bị rao bán trên mạng với cảnh nhạy cảm, bị cắt ghép, chắp vá thành những món hàng “nóng” và bị trao đổi, mua bán như mớ rau, cân cá trên “chợ đen”. Đây là thực trạng đáng báo động, ảnh hưởng nghiêm trọng đến danh dự và nhân phẩm con người, gây ra nhiều hệ lụy xấu cho cộng đồng và xã hội...

DNA và vụ án “giết người chưa từng gặp”

DNA và vụ án “giết người chưa từng gặp”

DNA của một người vô gia cư Mỹ được tìm thấy dưới móng tay một nạn nhân bị giết, nhưng anh chưa từng gặp người đó trong đời, và từ nghịch lý này, một sự thật lộ ra: thứ được coi là bằng chứng chắc chắn nhất lại có thể đẩy một người vô tội đến sát bờ vực bị kết án.

Công nghệ kỹ thuật số tham chiến tại Trung Đông

Công nghệ kỹ thuật số tham chiến tại Trung Đông

Khi công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) và các công cụ kỹ thuật số ngày càng được sử dụng nhiều trong hoạt động quân sự, chiến sự giữa Mỹ, Israel và Iran cho thấy cách thức tiến hành chiến tranh đang thay đổi nhanh chóng. Khi dữ liệu trở thành mục tiêu và AI trở thành công cụ ra quyết định, ranh giới giữa chiến tranh truyền thống và chiến tranh công nghệ cao gần như bị xóa nhòa.

AI tái định nghĩa ưu thế quân sự?

AI tái định nghĩa ưu thế quân sự?

Mới đây, một công ty công nghệ quốc phòng Trung Quốc tuyên bố hệ thống AI của họ đã phát hiện tín hiệu từ máy bay ném bom tàng hình B-2 của Mỹ và dấu hiệu huy động quân sự nhiều tuần trước khi cuộc xung đột với Iran leo thang.

Tên lửa bí ẩn từ vũ trụ của Israel

Tên lửa bí ẩn từ vũ trụ của Israel

Việc Israel sử dụng tên lửa Blue Sparrow đã thu hút sự chú ý toàn cầu vì quỹ đạo bay bất thường, tốc độ cao và khả năng tấn công các vị trí được phòng thủ kiên cố mà không cần nhiều cảnh báo.

Vụ rò rỉ hơn 16 tỷ mật khẩu lớn nhất lịch sử

Vụ rò rỉ hơn 16 tỷ mật khẩu lớn nhất lịch sử

Hơn 16 tỷ mật khẩu và thông tin đăng nhập bị phơi bày trên không gian mạng đã tạo ra cú sốc lớn đối với giới an ninh toàn cầu. Vượt ra ngoài con số kỷ lục, vụ rò rỉ đã phơi lộ một thực tế đáng lo ngại: các lỗ hổng an ninh đang âm thầm kết nối, và chuyển hóa thành mối đe dọa có tính hệ thống.

Cuộc chiến quyền lực kỹ thuật số

Cuộc chiến quyền lực kỹ thuật số

Việc kiểm soát các tuyến cáp quang ngầm dưới biển, huyết mạch của mạng Internet toàn cầu, đã trở thành chiến tuyến mới trong cuộc chiến giành quyền lực kỹ thuật số. Trong các vùng biển tranh chấp, sức mạnh thường được coi là một màn trình diễn.

ChatGPT - vũ khí của nữ sát thủ

ChatGPT - vũ khí của nữ sát thủ

Một phụ nữ 21 tuổi ở Hàn Quốc vừa bị cáo buộc đã sử dụng phần mềm ChatGPT để giúp trả lời các câu hỏi khi cô ta lên kế hoạch cho một loạt vụ giết người khiến hai người đàn ông thiệt mạng và một người khác bất tỉnh trong giây lát.