10 Nhà Khoa Học và Kỹ Sư Lỗi Lạc Hoa Kỳ năm 2013
Mỗi năm vào số
tháng 10, nguyệt san Khoa Học Phổ thông – Popular Science nêu danh
10 nhà khoa học và kỷ sư trẻ tuổi
xuất sắc nhất theo quan điểm
nguyệt san, gọi họ là Mườì Người Lỗi
Lạc, Sáng Chói– the Brilliant Ten .
Năm nay 2013, cũng như 110 người các năm trước, họ đang định dạng lại một cách kịch tính, những lảnh vực họ làm việc và tương lai các
lảnh vực này. Vài người tóm lấy những
câu hỏi thực tiễn, tỉ như cách nào bảo
đảm Internet, trong khi những người khác
tấn công những câu hỏi trừu tượng
hơn, tỉ như qui định thời tiết ở những hành tinh ngọai thiên hà – exoplanets
xa xăm . Sợi chỉ cột chung họ là sự lỗi lạc, lẽ dĩ nhiên rồi, những cũng
nên thêm các phần ảnh hưởng nữa. Nếu như
10 người lỗi lạc này là những bộ
mặt cho những điều sắp tới, thế giới sẽ là một nơi an tòan hơn , thông minh
hơn, và chói lọi hơn.
Hầu như
mọi dữ liệu truyền thông – Web ,
điện thọai , ti vi – đều chạy xuyên qua một mạng lưới cáp quang học – fiber-optic cables. Đến nay như vậy là tốt đẹp. Nhưng trong vòng 10 năm tới, giao thông dữ liệu sẽ
tăng trưởng mạnh hơn hạ tầng cơ sở, thành quả sẽ làm cho những truyền
đi chậm lại và bị cắt xén, xuyên tạc .
Nicolas Fontaine, một kỷ sư quang học ơ La bô Bell Alcatel- Lucent , đã họa ra kiểu con đường thông minh tránh được lối đi
cản trở dữ liệu này .
Fontaine và các đồng nghiệp sáng chế ra
một lọai mới mẽ bộ đa lộ- multiplexer . một kinh kiện bó lại những đường vào – inputs thành một
dòng – stream để nhồi nhét chật
ních nhiều dữ liệu hơn thành một sợi quang học duy nhất. Nó họat
đồng bằng cách tụ tập những luồng ánh
sáng khác nhau gọi là những mốt –
modes dọc theo những lối mòn dự tóan kỷ lưỡng ; các luồng thông tin
du hành cùng nhau nhưng không giao thoa
với nhau. Fontaine nói : «
sợi cũ xưa sẽ chỉ là xa lộ chỉ có một
lằn. Nay chúng tôi có thể thêm thành xa
lộ nhiều lằn » . Linh kiện đa bộ
của Fontaine tránh khỏi mất tín hiệu
làm què quặt – tê liệt những linh
kiện trước đó ; ông cho thấy là linh kiện đa bộ của ông có thể gửi đi 6 luồng ánh sáng trên 492 dặm Anh ( gần 900 km ) sợi quang mà
không mất dữ liệu dọc đường.
Trong khi những đa bộ trước kích thước một bộ khối – cubic foot (
0.028 m 3) hay lớn hơn , đa
bộ của Fontaine chỉ là 50 mm3 . Vì nó làm bằng gương và khăc mòn – etched bằng
laser, sản xuất nó sẽ rất rẽ. Linh kiện còn có thể vẽ theo tỉ lệ. Fontaine cho
biết, hiện nay đang họat động kiểu linh kiện 10 - mốt, một thứ tự độ lớn trên sợi mốt – duy nhất.
Fontaine muốn hình dung là đã đi xa được
bao lăm.
2- Scott
Collis , ở La Bô Quốc gia- Hoa Kỳ Argonne,
thu hoạch những dữ liệu mới để
cải thiện các kiểu mẩu khí hậu.
Những đám mây là một trong
thách thức lớn cho các nhà khoa
học khí hậ Chúng đóng một vài trò phức
tạp trong khí quyễn và trên màn kịch của
bất cứ một thay đổi tiềm năng khí hậu
nào. Nhưng dữ liệu sơ khai đã đơn giản hóa vai trò của chúng trong các bắt
chước – simulations, dẫn tới những biến thiên giữa các mô hình khí hậu.
Scott Collis khám phá ra một cách thêm xác đáng các tiên đóan khí hậu tương lai bằng
cách gom lấy những nguồn mới dữ liệu
mây.
Collis co kinh phiệm rộng rải xem xét các đám mây, trước tiên là một kẻ
vui chơi ván trượt tuyết – ski bum lúc học cao học ở Úc Châu và sau đó là
một nhà khí tượng học chuyên nghiệp .
Nhưng khi ông nhận việc ở Trung
tâm Thời tiết và Khí hậu Úc , ông nhận
thức là có một nguồn dữ liệu đám mây bao
la mà các nhà làm mô hình khí hậu không dùng : thông tin thu thập cho các tiên đóan thời tiết .Cho nên
Collis đã nhận đảm trách to lớn là xây đắp những khí cụ đường vào mở
rộng, chuyễn hóa các dữ liệu nguyên sơ
từ những căn cứ dữ liệu rađar thành những hình lọai,dạng khổ – formats
các nhà làm mô hình khí hậu có thể sử dụng .
Theo một cú đập , Collis đã mở khóa nhiều năm dữ liệu thời tiết. Collis nói:
chúng tôi có khả năng xây đắp
những algorithms lực lưỡng họ có thể
họat động trên hàng ngàn thể tích radar mà không hề có con người can thiệp tới.
Khi
bộ Năng lượng Hoa Kỳ đón gió được
dự án Collis, Bộ tuyễn dụng ông
để họat động với một mạng lưới radar mới
họa kiểu ra để thu thập dữ liệu mây cao
phẩm từ khắp nơi trên thế giới. Mạng
lưới, lớn nhất theo kiểu lọai nó, chưa hòan tất , nhưng dữ liệu Collis và các
cọng sự viên đã thu thập đang cải thiện những mô hình khí hậu thế hệ kế tiếp .
3-
Mya Breitbart , ở Viện đại học South Florida,
thực hiện tức thời làm đồ bản những
hệ gen – genomes của tòan thể một
hệ thống sinh thái.
Viruses là nhữ ng thực thể đông đảo
nhất ở hành tinh chúng ta và cũng là một trong số bí hiểm nhất . Mya Beitbart,
nhà sinh thái học vi trùng tại Viện đại học South Florida đã hình dung cách nào giải mã mau lẹ chúng là gì và chúng đang làm
gì.
Thay
vì cách ly lòai virus cá nhân từ một
mẩu – có đến 10 tỉ viruses trong một lít nước biển- Breitbart chiết trích mọi vật liệu di truyền hiện diện
, chặt chúng thành những mảnh nhỏ và làm
trình tự - sequence cùng một lúc các mảnh này. Kỷ thuật bà tập hợp
vào những trò đố đa dạng
cùng lúc, giúp bà nghiên cứu ngay tức thì toàn thể cộng đồng . Theo Curtis Suttle, nhà virus học biển của Viện đại học British
Columbia, phần bà đóng góp là chủ
yếu là việc lột mặt nạ của số đa dạng virus khổng lồ trên hành tinh .
Thể thức Beitbart đã khơi mào một nhánh mới ngành sinh học, tên gọi là siêu hệ gen học – metagenomics trong đó các nhà khảo cứu sử dụng
làm mẩu và làm trình tự vật liệu di truyền trực tiếp từ môi trường.
Mới đây , Beitbart đã tìm ra một nguồn mới viruses : muổi ,
bướm trắng- white flies và chuồn chuồn thu lượm ăn tối – và các
mầm bệnh – từ nhiều nguồn thực phẩm khác nhau. Bà nói : Chúng tôi
gọi chúng là « ống kim chích biết bay » . Làm mẩu những viruses
chúng mang theo, có thể giúp bà dò ra
rất sớm các mầm bệnh . Bà thêm : « thường bạn phải chờ đợi
một bùng nổ - đột khởi và hình dung ra
nguyên nhân là virus nào gây ra. Như vậy giúp ta một cách tìm ra
những điều, trước khi chúng trở thành một vấn đề to lớn. »
4- Pedro Reis, Viện Kỷ thuật
Massachusetts-MIT, dùng thất bại để họa
kiểu những vật thể mềm dẻo, dễ uốn.
Ngay ngày đầu tiên lớp học, các kỷ
sư được dạy là họ phải tránh sử dụng các vật liệu có thể rách , bẻ cong , xếp lại hay cài lại . Nói một cách khác: chống lại thất
bại chứ không ôm chồm nó . Pedro Reis
hỏi : vậy chớ đó có phải là những tình trạng
trong đó sự bất ổn cơ học, biết rỏ và
tối hảo cẩn thận, có thể dùng chế
tạo một cái gì tốt đẹp hơn không ?
Như họat động của ông cho thấy giải đáp là một nhấn mạnh ừ phải .
La bô
của Reis ở MIT trông như một
phòng chơi hơn là một nơi làm việc. Phòng rắc đầy
những vật thể giống các đồ chơi
tỉ như những cầu tròn nghe lóp bóp xếp
lại và sụp đổ vàcác thanh silicone uốn
quăn và bẻ cong. Trong các sơ sót này
Reis nhìn thấy sức mạnh: căn bản cho các rôbốt mềm , nhanh nhẹn và các
mối hàn chế biến từ một mảnh vật liệu duy nhất. Ông cũng gặt mót các bài học từ hiện tượng
bình thường rồi đem áp dụng chúng vào công việc ông làm. Sau khi nghiên cứu cách
nào dải băng xé rách thành tam giác khi bóc ra từ cuộn
băng, Reis và các đồng nghiệp sáng chế
một phương thức mới chế tạo ra các dải băng nanô graphene.
Theo Chiara Daraio, nhà khoa học vật
liệu và là kỷ sư ở Caltech
và ETH Zurich cũng là một trong 10 Người Lỗi Lạc nêu danh năm 2010 ,
xuyên qua công trình của ông , Reis đã
học hỏi những nguyên tắc cơ bản cho
ngành cơ học hàng ngày- chẳng hạn , cách
nào con mèo liếm nước, cách nào chúng ta
nạo vét bơ, hay cách nào tóc quăn
lại- và chuyễn các hiểu biết này vào những
giải pháp cho các vấn đề công nghệ - ngành kỷ sư. Sau mê gần đây nhất của Reis
là những vật liệu hết sức mỏng- một ngáo ộp ( sợ hải không căn cứ ) cho đa số kỷ sư. Reis nói : « Nơi các điều trở nên mỏng thín,
chúng trở thành đáng thích thú.
5- Heather Knutson , ở viện kỷ thuật
California, thực hiện cách nhìn thời
tiết những hành tinh ngọai thiên hà xa xăm.
Những năm gần đây, các nhà khoa
học đã khám phá ra hàng ngàn hành tinh
bay quanh quỷ đạo các ngôi sao xa xôi. Heather
Knutson , nhà thiên văn học Caltech mất hết ngày,
hầu hình dung một nhà du hành vũ
trụ cần dùng gì cho chuyến đi của
mình. Tựu trung , bà là một nhà thời
tiết học đầu tiên cho hành tinh ngọai,
qui định nhiệt độ địa phương, thời tiết và luôn cả thành phần khí quyễn.
Để
nghiên cứu thời tiết hành tinh ngọai,
Knutson phân tích độ sáng chói hồng nội bề mặt hành tinh ngọai. Các phát thải
hồng nội sáng hơn, có nghĩa là
các khí khí quyễn của hành tinh nọai nóng hơn lên, trong khi các phát thải mờ
đi chỉ dẫn là nhiệt độ lạnh hơn . Ghi đồ
bản dạng sáng chói giúp Knutson tạo ra
một bản đồ những nhiệt độ kinh tuyến của hành tinh ngọai, bà sẽ dùng nó để can thiệp vào các mô hình thời tiết .
Nhiệt độ đồng đều có nghĩa là khí quyễn hành tinh ngoại đầy gió thổi. Hơn nữa, vị trí các vùng nóng và lạnh chỉ dẫn
là các gió thổi mau hay chậm ở
một vùng đặc biệt nào đó.
Cho đến nay, Knutson chỉ mới nhìn xem
các hành tinh lớn, đầy khí đã biết như Sao Mộc – Jupiter nóng hổi, bay gần quỹ đạo các ngôi sao chúng. Rất nhiều hành tinh này có những khí quyễn khác hẳn
các khí quyễn tìm thấy ở hệ thống mặt trời chúng ta ; ít nhất là
một hành tinh có các đám mây làm bằng
kim lọai chỉ tìm thấy trên đá Trái đất.
Trong tương lai, bà muốn nới rộng kỷ
thuật để nhìn vào những hành tinh nhỏ hơn , lạnh hơn - những siêu Trái Đất phần lớn đầy đá, vài
hành tinh có lẽ đủ lạnh để chứa nước thể lỏng.
Bà nói : « phần thích thú là tìm ra những điều làm cho tôi
ngạc nhiên và ở lảnh vực này không khó
lắm đâu. ».
Khi Feng Zhang học trường Cao Học, ông khám phá ra là các khí cụ dùng cột ( nối ) những gen(
es ) mới váo các tế bào sinh sống rất tốn kém, mất thì giờ và quyền sở hửu
riêng. Không bằng lòng thực tế này, ông
đã làm ra điều mà một kể nhiệt thành
nguồn mở mạo hiểm sẽ làm ;
nghĩa là ông tự tạo những khí cụ và chia
sẽ chúng với các nhà khoa học khác. Họ đã gia tốc đáng ngạc nhiên nghiên cứu di
truyền học và bệnh tật.
Những
kỷ thuật Zhang giúp phát triễn tên gọilà
TALE và CRISPR tạo ra những sinh vật
chuyễn gen – transgenic hay là được
thay đổi di truyền với hửu hiệu chưa bao giờ thấy. TALE là một phân tử chộp lấy
ở trong một tiết diện ( chia cắt
) của DNA và ảnh hưởng tới cách nào một gen gần đó mở ra hay tắt đi . CRISPR
căn cứ trên một enzym vi trùng
cắt bằng kéo DNA để đưa vào vật liệu di truyền mới. Sử dụng những phương pháp này, Zheng có thể làm ra một con chuột chuyễn gen trong
3 tuần lễ ( các phương pháp bình thường đòi hỏi hơn 6 tháng để thực hiện kỳ
công này ) . Gần 2000 la bô đã yêu cầu
thông tin chỉ riêng về CRISPR, kể từ
khi nó được kể ra ở một xuất bản tháng
giêng 2013. Zhang nói: « Những kỷ thuật này chủ yếu , cơ bản đến nổi tốt hơn hết là giữ chúng mở càng rộng càng hay. Nếu ai đó muốn bảo
vệ ngôn ngữ HTML để làm ra các trang Web
, thì chúng ta sẽ không bao giờ có www – world wide web cả.
Zhang dự tính dùng các kỷ thuật này
để nghiên cứu di truyền học bệnh ôtidơm- autism ( bệnh tự vùi mình và cảm nghĩ mình ) và điên lọan – schizophrenia .
Ông đã bắt đầu nhét gen ( es ) nối kết
với mỗi bệnh này , từng gen một,
vào các kiểu mẩu động vật hầu quan sát ảnh hưởng của chúng. Nay, theo lời ông, khi đã có các dụng cụ
rồi, phần còn lại của công trình có
thể khởi sự.
7-
David Schmale , ở viện Virginia Tech , thực hiện theo dấu các
vì trùng không khí đem lại – airborn
với máy bay drones- không người lái.
Nhà sinh học không khí
Aerobiologist David Schmale săn bắt những
sát nhân – killers . Schmale là phó
giáo sư – associate professor an tòan thực phẩm và an ninh sinh học thực vật ở Virgina Tech, gửi các drones chứa các đĩa Petri vào khí quyễn để chụp bắt
các mầm bệnh trong không khí . Dữ
liệu ông thu thập giải thích cách nào
các mầm bệnh cỡi trên các dòng
gió thổi và cung cấp một cái thóang nhìn vào một hệ thống sinh thái chưa biết, xa xăm
trên đầu chúng ta.
Schmale phát triễn các xe bay trong không khí không người lái cùng một đồng nghiệp Virginia Tech, như là một thay thế cho các
chuyến bay khảo cứu có người lái quá đắt tiền. Với những dữ liệu ông thu thập được cho đến nay, Schemale đã
xây đắp một kiểu mẩu, mô hình di chuyễn
khí quyễn, cho thấy những tiết diện lớn
không khí truyền xuyên qua bề mặt của hành tinh như thể các làn sóng qua một đại dương, chuyên chở bụi
bặm và vi trùng hàng ngàn dặm Anh .
Schmale nói: vi trùng có thể di chuyễn qua các đại lục và nhảy vọt qua các đại
dương chánh . Ông dự tính thích nghi mô
hình của ông để tiên đóan sư di chuyễn các mầm bệnh thực vật, giúp các nông
trại tiến hành trước bảo vệ mùa màng của họ bằng cách mô tả nơi nào cần phun
thuốc trừ sâu bệnh một cách chiến lược.
Schmale nghĩ rằng vi trùng có thể cởi
nhờ các đám mây, cũng như trôi theo gió thổi, cho nên ông đã gửi các drones của ông đến các nơi đó để lấy mẩu.
Nếu các đám mây cung cấp những kho dự trữ vi khuẩn và khuẩn – nấm ,
động lực đã rất phức tạp cho các vi sinh vật bay bổng trong không khí , còn có
thể rối rắm hơn là chúng ta tưởng trước
đây .
8- Arjun Raj , ở viện đại học Universityof Pennsylvania hòan tất tiết lộ các họat động bên trong tế bào .
Mỗi tế bào trong thân bạn đều có DNA như
nhau. Nhưng cách nào các gen(es ) của một tế bào biểu hiện và có thường xuyên
không qui định là tế bào sẽ thành nơ
ron - neuron ( dây thần kinh ) hay
một tế bào cơ tim – cardiac myocyte
, nó lành mạnh hay bệnh họan. Arjun
và các cộng tác viên ở viện đại
học Pennsylvania sáng chế ra một kỷ
thuật theo dấu biểu hiện – expression gen
này và các ảnh hưởng của nó.
Cũng như khi biên lai nhận tiền một tiệm
tạp hóa cho thấy thực phẩm nào phổ thông nhất, các phân tử RNA, mang theo thông tin
di truyền từ DNA, tiết lộ gen nào mở ra và cách nào chúng thường tích
cực. Hầu theo dấu một sợi RNA đặc thù , Raj ngâm tắm một tế bào có những khúc DNA huỳnh
quang. Những khúc này nối chặc RNA ở
nhiều vị trí khác nhau , xếp hàng dọc
theo các vị trí như thể đèn Giáng Sinh trên một mái nhà , và thấy rỏ
ràng qua một kính hiển vi.
Sử dụng kỷ thuật này, Raj tìm thấy là các tế bào y hệt nhau trên phương diện di
truyền không đương nhiên phiên mã –
transcribe gen ( es ) ở một tỉ xuất
giống nhau. Ở vài trường hợp, cac gen mẹ thường được phiên mã hơn là các gen cha. Khi một nhiễm sắc thể đựợc chặt ra làm
nhiều mảnh và được tập hợp lại , như
thường xảy ra ở ung thư, ngay cả những gen không bị hư hại cũng được biểu hiện ở những mức độ khác hẳn
tại một nhiễm sắc thể bình thường. Raj
cũng khám phá là trên các con sâu phương
diện di truyền y hệt nhau, những mức độ
phiên mã gen khác nhau có thể nghĩa là
khác biệt giừa một đời sống bền lâu và một chết chóc sớm. Raj nói: « điều tôi thấy thật
sự hứng khởi là điều chúng ta không biết cái gì chúng ta sẽ
nhìn thấy. » Nhưng nay, các nhà sinh học tế bào có thể nhìn những sự
cố tế nhị như thế và họ có thể bắt đầu
nghiên cứu tại sao sự cố đã xảy ra.
9-
Justin Cappos, ở Viện
Kỷ thuật bách Khoa Polytechnic Institute, bang
New York, tạo ra một phương cách mới làm
tính tóan kiểu đám mây .
Justin Cappos có thể đi vào Internet từ bất cứ
nơi nào trên thế giới – một computer để bàn – desktop ở Ethiopia, một
điện thọai android ở Pháp, ngay cả một bảng
( computer ) nhỏ - tablet trên một đảo ngòai khơi Bắc Cực, mà vẫn ngồi ở
khu phố Brooklyn với máy MacBook Pro đáng tin cậy. Cappos là một
nhà khoa học computer Ở viện Bách
khoa viện đại học New York, đã phát triễn một cách hòan tòan khác về các điện tóan đám mây – cloud compute .
Ở cách tính điện tóan đám mây, các người sử dụng nối kết với một trung tâm
dữ liệu tập trung hóa và uy vũ. Nhưng
đám mây của Cappos không dày đặc bằng đám mây báo bảo – thunderhead và
giống một đám mù sương- fog
hơn . Hệ thống của ông tên gọi là Seattle , nối kết các linh kiện trực tiếp với nhau ở một mạng lưới phân tán, dựa vào các thông tin mau lẹ hơn là qua duy nhất một điểm trao đổi thường xa xôi . Ông nói: Nó
giúp bạn sử dụng rất ít
tồn trử ở ổ chứa, mạng lưới , bộ nhớ và CPU trên phương cách cách ly và an tòan . Vì Seattle giúp các
người sử dụng đi vào Net với các địa chỉ
IP ngọai quốc, nó giúp cho các nhà phát triễn
nhìn được các vị trí hay app của
mình, như thể họ đang ở các quốc gia khác vậy. Khả năng này
cũng đặc biệt có giá trị cho các cá nhân
mong muốn phỉnh phờ kiểm duyệt địa
phương .
Cuối năm 2012, Seattle đã có 20 000
người sử dụng. Cappos và các đồng
nghiệp đang họat động trên phần mềm có
thể đi vào những máy dò – sensors
các điện thọai thông minh nữa. Các nhà khoa học có thể sử dụng nó để thử nghiệm
các ứng dụng- apps mới , như một máy theo dõi- monitor động
đất, sử dụng một gia tốc kế để đo
lường cường độ động đất. Sắp tới,
Cappios hy vọng là cũng dùng Seattle để
trượt trên Net từ Trạm Không gian Quốc
tế .
10 – Andrea Armani tại Viện Đại
học Nam Ca li –University of Southern California, sáng chế ra một bộ mới
các dụng cụ khoa học
Vài ngà khoa học sử dụng công
cụ để tái sáng chế hiểu biết thế giới. Bà Andre Arnani, một kỷ sư hóa học , Viện đai
học Nam Ca Li lại thích tái sáng chế
chính ngay các công cụ . Armani phát
triễn các máy dò làm cho các khám phá khoa học mau lẹ hơn ở nhiều lảnh vực.
Chúng cũng có thể dùng làm các máy tìm kiếm ra- detectors các vũ khí
sinh học, các mầm bệnh nước đem đến, hay các phóng xạ.
Armani đã xây đắp một máy dò, tên
gọi là máy dò hốc ổ cọng hưởng- resonant cavity sensor để dò ra những phân
tử đơn giản, mau lẹ và chính xác . Nó
họat động như thể một đinh ba - nĩa hòa
điệu quang học. Ánh sáng của một bước sóng – wavelength quay tròn quanh một vòng silica kính hiển vi bên trong máy dò , như thể một nốt nhạc rung động từ các nhánh gạc – tines của đinh ba đang quay. Khi một phân tử dính vào bề mặt của máy dò,
nó thay đổi bước sóng . Armani
nói rằng ai đó có thể dùng linh kiện này để dò ra dấu vết của bệnh tật các kỷ
thuật khác đã bỏ qua. Mới đây, bà khởi sự những thí nghiệm để hiểu biết tốt hơn
cách nào thuốc chửa trị dính chặc vào các mục tiêu.
Các linh kiện của Armani giỏi hơn khả năng quang học tiêu chuẩn . Vài
linh kiện có thể chịu đựng được các lắc
lư nhiệt độ mà không mất chính xác . Vài
linh kiện khác có thể nhặt các protêins
trong không khí khô. Bà muốn chúng họat động ở những điều kiện thế giới thực sự và làm nhiệm vụ với hiệu năng kinh ngạc. Theo
lời Robert Carnes , nguyên giám đốc
R&D của hảng khảo cứu Battelle, công nghệ R&D , nếu
làm đúng , thì phải rất tụ điểm vào các
thành quả , biết rỏ hà khắc của thì giờ. Bà Armani có thể giỏi công nghệ hơn cả
ngành công nghệ nữa đó !
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét