Smart dust – chiếc máy tính hoàn chỉnh nhỏ hơn một hạt bụi

Trong những năm gần đây, câu chuyện về tiểu hình hóa – thu nhỏ các sản phẩm công nghệ càng lúc càng trở nên nhàm chán: Một model mới này hơn vài mili, hay một phát kiến mới cho phép nhồi nhét them vài phần trăm bán dẫn cứ vài tháng lại xuất hiện một lần.

Dù biết rằng góp gió sẽ thành bão, nhưng rất nhiều người trong giới công nghệ vẫn luôn ngóng chờ thời điểm mà các bước tiến nhỏ này cùng nhau tạo ra một đột phá thực sự đáng để nghiêm túc ghi nhận. Chẳng ai có sức nghe đi nghe lại câu chuyện microchip nhỏ nhất thế giới, đừng nói đến việc viết về nó – trừ những nhà khoa học trực tiếp tham gia sản xuất. Nhưng một máy tính hoàn chỉnh với kích thước chỉ một milimet khối? Người ta sẽ viết cả một cuốn sách về nó ấy chứ. Tin mừng cho chúng ta là, một nhóm nghiên cứu từ đại học Michigan của Mỹ vừa biến điều này thành hiện thực. Cỗ máy của họ, mang tên Michigan Micro Mote – hay M3 – mang trong mình các chức năng từ bộ xử lý, bộ nhớ lưu trữ và thậm chí là cả giao tiếp không dây, được giới nghiên cứu đánh giá là “cuộc cách mạng điện toán tiếp theo”.

Dĩ nhiên tại thời điểm này, các chức năng của M3 còn khá hạn chế, cùng cấu tạo dĩ nhiên là rất đơn giản. Các mẫu thử đang chủ yếu được thử nghiệm với các tác vụ cảm biến, cũng là tác vụ chính mà những cỗ máy này sẽ thực hiện khi được chính thức đưa ra thị trường. Tiềm năng ứng dụng của các cảm biến siêu nhỏ này, từ việc quản lý và theo dõi các cơ sở hạ tầng như cầu đường cho đến việc chăm sóc sức khỏe con người. Thực tế, việc sử dụng các cảm biến siêu nhỏ cho mục đích y học như đo não áp vốn đã và đang được nhiều nơi thử nghiệm trên một số động vật, nhưng sự ra đời của M3 với khả năng xử lý – lưu trữ và giao tiếp dữ liệu không dây sẽ tạo ra khác biệt cực kỳ lớn.

Trên thực tế, rào cản lớn nhất trong việc tạo ra các máy tính siêu nhỏ không phải là sức mạnh xử lý, lưu trữ hay giao tiếp, mà là vấn đề năng lượng. Tiến sĩ Prabal Dutta của nhóm nghiên cứu cho biết “Nếu ta nhìn vào các thiết bị như laptop hay smartphone, có thể nói kích thước pin ảnh hưởng đến mọi mặt của thiết kế, đặc biệt là kích cỡ sản phẩm. Chúng tôi đã phải dành rất nhiều công sức để tối ưu điện năng tiêu thụ của từng thành phần trên M3. Xét cho cùng, ta chẳng thể cắm sạc một cỗ máy mà cẩm trên tay đã khó”. Giaỉ pháp của Prabal và các cộng sự cho vấn đề này là thiết kế để M3 thu thập năng lượng từ môi trường xung quanh. Tuy hiện nay nhóm nghiên cứu mới chỉ tích hợp được pin quang năng vào trong mẫu thử của mình. Nhưng trên lý thuyết có thể M3 sẽ cần khả năng thu năng lượng từ mọi nguồn có thể trong môi trường. Từ nhiệt năng cơ thể con người (đối với các máy tích hợp trong người phục vụ mục đích y tế) đến các rung động như cách mà công nghệ của MicroGen đã làm trước đây.

M3 sẽ chủ yếu thực hiện các giao tiếp qua sóng điện từ không dây (dải sóng chủ yếu là sóng radio và ánh sáng). Ví dụ các nhà nghiên cứu có thể sử dụng ánh sang đèn LED để gửi tín hiệu điều khiển cho M3. Như đã nói, nhóm nghiên cứu đã tối ưu để việc phát sóng tiêu tốn ít năng lượng nhất có thể. Cứ vài phút, các máy M3 sẽ phát thông tin ra môi trường xung quanh một lần. Các thông tin này sẽ được các M3 khác gần đó tiếp nhận và chuyển tiếp liên tục cho đến khi dữ liệu được đưa về một điểm trung tâm nào đó với sức mạnh xử lý lớn hơn.

Điều này cũng cho thấy các chip xử lý trong đó đã được thiết kế để hoạt động dưới chế độ mạng lưới (swarm). Bản thân cái tên “smart dust” cũng đã phần nào gợi ý về điều này. Các thành viên của nhóm nghiên cứu đều cho rằng đây là bước tiến hiển nhiên của thế hệ máy tính tiếp theo. Tuy vậy vấn đề truyền tải dữ liệu một cách an toàn nhất cũng không hẳn là dễ giải quyết, khi mà ngay cả dự án ăng ten bằng grapheme dành cho các chip siêu nhỏ mà Samsung mới đầu tư gần đây hiện cũng mới chỉ dừng ở mức centimet.

Trong tương lai gần, ứng dụng dễ thấy nhất của các máy tính như M3 sẽ là phục vụ việc thu thập dữ liệu và thống kê. Như đã nói, khi mà mọi thứ còn mới đang ở giai đoạn thử nghiệm đầu tiên này, chưa nhà nghiên cứu nào có thể đưa máy vào cơ thể người. Nhưng ngoài lĩnh vực y tế, nhiều điều trước đây tưởng chừng chỉ có trên phim ảnh có thể sẽ nhờ M3 mà được đưa ra ngoài đời thực. Thử tưởng tượng ta có thể tạo một hệ thống an ninh ngay trên cửa nhà, phát sóng laser theo chu kỳ để phát hiện người ra vào. Kích thước và phương pháp của các máy M3 sẽ khiến hệ thống gần như vô hình với mắt thườnng. Các kỹ sư đô thị có thể đặt M3 khắp hệ thống đường thoát nước hoặc tàu điện của các thành phố, và hiệu quả giám sát sẽ bằng hàng chục lần các hệ thống hiện có của chúng ta. Prabal cho biết “Chúng tôi hiện đang hoàn thiện các bước cuối cùng để những kỹ sư quan tâm có thể tham gia xây dựng ứng dụng trên M3″.

Tuy rằng các ứng dụng mà các kỹ sư có thể xây dựng trong giai đoạn này có lẽ sẽ chỉ dừng lại ở việc giám sát, thu thập dữ liệu chứ chưa thể tạo ra các mạng lưới xử lý dữ liệu lớn, nhưng với một chút sáng tạo, đó có thể trở thành những phát kiến mà chúng ta chưa từng dám nghĩ tới. Hãy chờ và xem liệu phát biểu của nhóm nghiên cứu “Cứ mỗi thập kỷ chúng ta lại có một thế hệ máy tính mới” có trở thành hiện thực với M3. Biết đâu chúng ta sẽ có Đôremini trong nhà trước cả khi thế kỷ 22 tới?

Theo GenK