Tiến sĩ Việt mang bằng kỹ sư Pháp về nước tìm cách đưa “bộ não” vào sợi vải

Sau 16 năm học tập và nghiên cứu tại những trung tâm khoa học hàng đầu thế giới như Đại học Bách khoa Paris (Pháp), Viện Công nghệ Massachusetts (Hoa Kỳ) hay Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ, TS Nguyễn Đăng Tùng (SN 1987) trở về Việt Nam với một câu hỏi thôi thúc anh: Liệu sợi vải có thể làm được nhiều hơn việc may mặc và giữ ấm?

Hành trình đi tìm câu trả lời đã đưa anh cùng các cộng sự đến công trình "Sợi đa vật liệu kéo giãn bằng nhiệt hướng tới hàng dệt may thông minh tích hợp AI", được công bố trên Advanced Materials - tạp chí được Google Scholar xếp hạng số một thế giới trong lĩnh vực khoa học vật liệu. Công trình mở ra hướng phát triển các loại sợi có khả năng cảm biến, xử lý thông tin và tích hợp trí tuệ nhân tạo ngay trong cấu trúc vật liệu.

Trong cuộc trò chuyện với phóng viên Dân trí, TS Nguyễn Đăng Tùng chia sẻ hành trình từ một kỹ sư tại Pháp đến nhà khoa học theo đuổi những sợi vải “biết suy nghĩ” - hướng nghiên cứu có thể đưa vải vóc vượt khỏi vai trò thụ động để trở thành một sản phẩm công nghệ cao.

Có nhiều cơ hội ở nước ngoài vẫn chọn về Việt Nam làm nghiên cứu

Hành trình học tập và nghiên cứu ở nước ngoài của anh đã diễn ra như thế nào?

- Trong những năm cuối trung học phổ thông, lớp tôi học giống các lớp đội tuyển bây giờ. Chúng tôi có chương trình thi sang Pháp học làm kỹ sư. Lúc ấy tôi có suy nghĩ mình muốn trải qua những năm tháng tuổi trẻ ở Paris. Vậy là tôi thi và đã trúng tuyển vào Đại học Bách khoa Paris.

Cũng trong thời gian học ở Pháp, tôi có cơ hội được thực tập ở Viện Công nghệ Massachusetts, bước đầu tìm hiểu về công nghệ làm sợi đa vật liệu. Tôi nhận ra đây là một lĩnh vực thú vị, mở ra vô số khả năng ứng dụng.

Năm 2012, tôi nhận bằng kỹ sư tại Pháp rồi sang Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ làm nghiên cứu sinh tiến sĩ chuyên ngành Khoa học vật liệu. Sau này tôi có thời gian sang Nhật Bản, Mỹ để tiếp tục học hỏi thêm các hướng nghiên cứu mới, trong đó có vật liệu bán dẫn hữu cơ, cách đưa các vật liệu điện tử vào trong sợi.

Điều gì đã thôi thúc anh quay trở về Việt Nam khi đang có nhiều cơ hội rộng mở ở những trung tâm khoa học thế giới như Mỹ và châu Âu?

- Là kỹ sư nên tôi luôn muốn tạo ra những phát minh mới, cộng thêm việc ở mỗi quốc gia tôi lại học và tìm hiểu nhiều hướng nghiên cứu khác nhau. Mỗi cơ hội đến lại mở ra thêm một cơ hội khác nên thời gian ở nước ngoài của tôi mới lâu như vậy.

Dù đã có gần 16 năm ở nước ngoài nhưng luôn có một ý nghĩ rất rõ ràng: đến một thời điểm mình sẽ trở về Việt Nam. Và rồi khoảng năm 2019-2020, tôi quyết định đã đến lúc về nhà và gắn bó với công việc giảng dạy, tiếp tục nghiên cứu tại VinUni đến nay.

Trong những năm gần đây, nhiều chính sách và hợp tác quốc tế đã giúp cho những người làm khoa học Việt Nam có nhiều cơ hội để phát triển hơn nữa, tạo ra môi trường thuận lợi để các nhà khoa học nghiên cứu và phát triển sản phẩm.

Tôi nghĩ rằng đây là thời điểm rất tốt để xây dựng các nhóm nghiên cứu mạnh và phát triển công nghệ lõi ngay tại Việt Nam.

Tìm lời giải cho câu hỏi “Sợi vải làm được gì hơn thế?”

Ý tưởng đưa sợi vải trở thành một vật liệu thông minh của anh và các đồng nghiệp bắt đầu từ đâu?

Trong hàng nghìn năm qua, vải chủ yếu chỉ có hai chức năng: giúp con người mặc đẹp hoặc giữ nhiệt. Đặc biệt, Việt Nam vốn có thế mạnh về ngành sợi và dệt may, có nhiều cơ hội để tạo ra các sản phẩm có giá trị cao, có khả năng cạnh tranh lâu dài.

Tôi luôn đặt câu hỏi: Liệu một sợi vải có thể làm được nhiều hơn thế không. Vì vậy, ý tưởng của chúng tôi là đưa các vật liệu mới trực tiếp vào bên trong sợi, chẳng hạn vật liệu bán dẫn. Khi đó, sợi vải không chỉ là vật liệu trong may mặc hay gia dụng mà có chức năng cảm biến, thu thập dữ liệu hoặc thực hiện những chức năng điện tử khác. Đó chính là nền tảng của sợi thông minh và vải thông minh.

Những sợi vải thông minh sẽ hoạt động ra sao, thưa Tiến sĩ?

- Về nguyên lý, một số vật liệu bán dẫn sẽ thay đổi tính chất điện khi nhiệt độ hoặc áp lực thay đổi và tạo ra các tín hiệu. Chúng tôi đang tiếp tục nghiên cứu để các tín hiệu đó được truyền không dây - chẳng hạn qua Bluetooth - tới điện thoại hoặc các hệ thống xử lý phân tích dữ liệu.

Tuy nhiên, với nguồn dữ liệu thu thập được qua các dấu hiệu sức khoẻ, việc gửi dữ liệu lên điện toán đám mây hoặc điện thoại vẫn tiêu tốn năng lượng và có độ trễ. Do đó, trong tương lai, mục tiêu của chúng tôi là để chính sợi vải không chỉ cảm nhận mà còn có thể xử lý dữ liệu ngay trên vật liệu thay vì phải truyền thông tin lên các thiết bị khác.

Hướng nghiên cứu này sử dụng các mô hình AI lấy cảm hứng từ não người, gọi là Mạng nơ-ron tạo xung (Spiking Neural Networks - SNN). SNN tiêu thụ rất ít năng lượng, phù hợp để tích hợp vào trang phục hàng ngày.

Việc tích hợp công nghệ vào sợi vải được thực hiện như thế nào?

- Chúng tôi sử dụng một công nghệ gọi là kéo sợi bằng nhiệt (thermal drawing), hiện đang được sử dụng để kéo các kim loại, chất bán dẫn và nhựa dẻo thành các sợi siêu nhỏ, liên tục với độ dài lên tới hàng kilomet.

Chúng tôi tạo ra trước một phôi (preform) có kích thước lớn. Bên trong phôi này là cấu trúc được thiết kế sẵn gồm kim loại, vật liệu bán dẫn và các lớp cách điện mềm dẻo. Sau đó, phôi được nung nóng và kéo giãn trong tháp kéo sợi, làm giảm kích thước xuống hàng trăm lần để tạo thành những sợi siêu nhỏ.

Sau quá trình kéo sợi bằng nhiệt, cấu trúc bên trong phôi vẫn được giữ nguyên, trở thành nền tảng để “dệt” ra những sợi vải thông minh (Ảnh: Ngọc Lưu).

Điểm đặc biệt là toàn bộ cấu trúc phức tạp bên trong phôi vẫn được giữ nguyên sau quá trình kéo. Nhờ đó, mỗi sợi không chỉ là một sợi chỉ thông thường mà còn tích hợp sẵn cảm biến, dây dẫn điện và thậm chí cả khả năng lưu trữ thông tin. Khi được dệt thành vải, các sợi này tạo thành nền tảng vật lý của một mạng lưới cảm biến thông minh phân bố trên khắp cơ thể con người.

Hiện tại, chúng tôi đang sử dụng tháp kéo sợi bằng nhiệt đầu tiên tại Việt Nam. Đây là sản phẩm do tôi cùng nhóm các bạn sinh viên nghiên cứu và phát triển, có khả năng chế tạo các loại sợi quang học và sợi đa vật liệu chất lượng cao để phục vụ nghiên cứu phát triển các loại vật liệu dệt thông minh.

Ngoài ra, chúng tôi cũng đang sử dụng AI để hỗ trợ nghiên cứu tìm ra vật liệu mới. Nếu trước đây việc nghiên cứu và ứng dụng mất nhiều thời gian thì nhờ những phân tích, dự đoán của AI mà quá trình này đã tối ưu hơn trước rất nhiều.

Cơ hội để Việt Nam đi đầu từ ngành dệt may

Những sợi vải thông minh này có thể được ứng dụng trong những lĩnh vực nào?

- Vải vóc vốn là một vật liệu quen thuộc, xuất hiện dày đặc trong cuộc sống hàng ngày. Với sợi tích hợp công nghệ, thay vì chỉ dựa vào một cảm biến duy nhất như trên đồng hồ đeo tay, một chiếc áo thông minh có thể chứa hàng loạt cảm biến phân bố khắp cơ thể và liên tục trao đổi thông tin với nhau.

Tiềm năng ứng dụng của công nghệ này rất rộng mở.

Chẳng hạn, quần áo tích hợp sợi đa vật liệu có thể liên tục theo dõi sự thay đổi của các chỉ số sinh lý như nhịp tim, nhịp hô hấp thay cho các thiết bị y tế cồng kềnh. Trong chăm sóc người cao tuổi, ga trải giường hoặc thảm thông minh có thể âm thầm theo dõi hoạt động hằng ngày, phát hiện ngay khi người dùng bị ngã và gửi cảnh báo theo thời gian thực cho người chăm sóc.

Trong lĩnh vực robot và tương tác người - máy, các găng tay tích hợp sợi thông minh có thể ghi nhận những chuyển động rất nhỏ của các ngón tay, hỗ trợ dịch ngôn ngữ ký hiệu theo thời gian thực hoặc điều khiển máy bay không người lái (drone)...

Theo nghiên cứu của chúng tôi, thị trường dệt may thông minh toàn cầu được dự báo sẽ bùng nổ từ 2,98 tỷ USD vào năm 2022 lên hơn 8,5 tỷ USD vào năm 2028. Đối với Việt Nam, ngành dệt may chiếm tỷ trọng lớn trong xuất khẩu và sử dụng rất nhiều lao động, sự kết hợp giữa AI và công nghệ sợi thông minh mở ra một cơ hội lớn.

Khi sản xuất dệt may truyền thống chịu áp lực dịch chuyển sang các quốc gia có chi phí nhân công thấp hơn, việc phát triển các sản phẩm sợi, vải tích hợp AI có thể giúp Việt Nam nâng cao giá trị ngành dệt may, đồng thời từng bước làm chủ công nghệ lõi ngay trong nước.

Khi tìm hiểu sâu về khoa học vật liệu, chúng ta sẽ nhận ra đây là nền tảng của rất nhiều công nghệ khác. Khi hiểu được cách các nguyên tử, phân tử và electron tương tác với nhau, chúng ta có thể thay đổi cấu trúc của vật liệu để tạo ra những tính chất hoàn toàn khác, có thể trở thành nền tảng để chế tạo các linh kiện và ứng dụng mới.

Tôi hy vọng sẽ có ngày những công nghệ được phát minh ngay tại Việt Nam không chỉ phục vụ nghiên cứu mà còn trở thành sản phẩm thực tế, góp phần đưa Việt Nam trở thành một trong những quốc gia dẫn đầu về vật liệu tiên tiến và sợi thông minh.

Xin trân trọng cảm ơn Tiến sĩ!