Mỗi tuần, có hàng trăm bài nghiên cứu khoa học được gửi đến tòa soạn của BBC Science Focus, vì vậy chúng tôi có rất nhiều thứ để hình dung, hòng đoán xem cơn gió tương lai sẽ thổi về hướng nào. Và đây là 10 công nghệ mà chúng tôi cho rằng sẽ định hình cuộc sống hằng ngày của chúng ta vào năm 2050.

Dự đoán tương lai thường bị cho là chuyện viển vông (a fool’s game). Thế nhưng, chúng ta vẫn không ngừng tò mò về những ý tưởng sẽ khiến cả thế giới bàn tán trong vài thập kỷ tới… Có lẽ khi ấy, ta sẽ ngồi trong một quán bar trên Mặt Trăng, nhâm nhi ly martini chống lão hóa pha từ vật chất tối.

Mỗi tuần, có hàng trăm bài nghiên cứu khoa học được gửi đến tòa soạn của BBC Science Focus, vì vậy chúng tôi có rất nhiều thứ để hình dung, hòng đoán xem cơn gió tương lai sẽ thổi về hướng nào. Và đây là 10 công nghệ mà chúng tôi cho rằng sẽ định hình cuộc sống hằng ngày của chúng ta vào năm 2050.

1. Y học nano sẽ tái tạo cơ thể chúng ta

Công nghệ nano hoạt động ở quy mô cực nhỏ – nanomet, tức là một phần tỷ mét. Để dễ hình dung, một sợi tóc người có đường kính khoảng 80.000–100.000 nanomet.

Mặc dù ý tưởng này thường khiến người ta liên tưởng đến những cỗ máy phẫu thuật tí hon di chuyển trong mạch máu để xử lý các cơ quan bị bệnh, thực tế công nghệ nano tập trung nhiều hơn vào việc khai thác các đặc tính vật lý và sinh học đặc biệt ở quy mô cực nhỏ này.

Chẳng hạn, thuốc có thể được đưa trực tiếp đến đúng nơi cần thiết, giảm nguy cơ gây tổn hại đến các cơ quan khác trên đường đi. Điều này cũng giúp giảm khả năng hệ miễn dịch chặn thuốc trước khi nó phát huy tác dụng.

Hiện nay, nhiều loại thuốc hiện đại sử dụng các phân tử thiết kế riêng – cũng là một dạng công nghệ nano, điển hình như vắc xin mRNA dùng để chống lại COVID-19.

Tuy nhiên, khái niệm công nghệ nano còn được mở rộng sang các cơ chế gián tiếp chưa tồn tại. Một ví dụ có thể phổ biến vào năm 2050 là ứng dụng nano để tiếp cận não bộ.

Não được bảo vệ bởi hàng rào máu–não – một cấu trúc thường từ chối hầu hết các loại thuốc. Nhưng nếu đặt thuốc trong các hạt nano thiết kế đặc biệt, có thể đưa thuốc vượt qua hàng rào này và tác động trực tiếp đến các bệnh như Alzheimer. Tương tự, các loại thuốc hóa trị có thể chỉ hoạt động tại vị trí cần thiết thay vì gây ảnh hưởng lên toàn bộ cơ thể.

Công nghệ nano cũng có thể cải thiện việc chẩn đoán hình ảnh. Ví dụ, sử dụng các hạt nano oxit sắt tại khu vực cần khảo sát giúp tăng độ tương phản trong chụp cộng hưởng từ (MRI).

Dù còn lâu mới thấy những “bác sĩ nano” hợp lực để tiêu diệt khối u, nhưng chắc chắn công nghệ nano – có thể kết hợp với vật liệu siêu vi – sẽ cho phép thực hiện các thủ thuật phức tạp hơn ở cấp độ phân tử.

2. Khám phá không gian sẽ trở thành ngành kinh doanh khổng lồ

Thời hoàng kim của khoa học viễn tưởng từng đầy rẫy những câu chuyện về thợ mỏ trên Mặt Trăng hay tiểu hành tinh – mô phỏng kiểu tinh thần khai phá miền Viễn Tây trong không gian. Trên thực tế, con người đã có thể khai thác tài nguyên từ Mặt Trăng hoặc vành đai tiểu hành tinh, và đây có thể là ngành cực kỳ lợi nhuận.

Ví dụ, trên Mặt Trăng có thể chứa lượng helium-3 gấp 10 lần so với Trái Đất, phần lớn nằm gần bề mặt. Đây là nguyên liệu tiềm năng cho các lò phản ứng nhiệt hạch trong tương lai.

Dù các tiểu hành tinh ở xa hơn, nhưng việc cắt một phần hay kéo toàn bộ một tiểu hành tinh về Trái Đất bằng tên lửa là điều hoàn toàn khả thi.

Tài nguyên được quan tâm nhất là kim loại hiếm – đặc biệt là loại dùng trong thiết bị điện tử. Tuy nhiên, cũng có nguy cơ là nếu một tiểu hành tinh chứa quá nhiều vật chất đó, thị trường sẽ sụp đổ vì dư thừa. Những người tin vào việc định cư sao Hỏa cũng xem tiểu hành tinh là nguồn nước khả dĩ.

Theo tiến sĩ Andrew May, tác giả cuốn The Space Business, “Việc khai thác tiểu hành tinh nghe có vẻ khả thi trên lý thuyết – ít nhất là về mặt kỹ thuật. Nhưng xét về khía cạnh kinh doanh, điều này rất rủi ro vì một công ty có thể phải đầu tư hàng chục năm trước khi thấy được lợi nhuận.”

Tuy nhiên, ông cũng chỉ ra rằng “các chính phủ thường ít lo ngại về các dự án dài hạn”, và có thể họ sẽ dồn sức cho một nguồn tài nguyên dễ khai thác hơn: năng lượng mặt trời từ không gian.

Các tấm pin mặt trời trên Trái Đất chỉ thu được một phần nhỏ ánh sáng Mặt Trời. Nếu có thể truyền năng lượng này từ không gian về Trái Đất bằng sóng vi ba, chúng ta sẽ có một nguồn năng lượng bền vững không bao giờ cạn.

Công nghệ này đã được thử nghiệm quy mô nhỏ vào năm 2023, và Trung Quốc có kế hoạch xây dựng trạm điện mặt trời không gian vào năm 2050.

3. Thay thế pin hóa học

Biến đổi khí hậu buộc chúng ta phải từ bỏ nhiên liệu hóa thạch. Trong ngành giao thông, rào cản lớn nhất hiện nay là công nghệ pin. Pin lithium-ion hiện tại tuy tốt cho thiết bị nhỏ, nhưng còn nhiều hạn chế khi dùng cho xe – về dung lượng, tốc độ sạc, độ bền và an toàn.

Đến năm 2050, nhiều khả năng chúng ta sẽ có một thế hệ pin hoàn toàn mới, với các thành phần được thiết kế lại. Cực điện và vật liệu điện hóa hoạt động bên trong pin sẽ được thay đổi hoàn toàn.

Tiến sĩ John-Joseph Marie, chuyên gia tại Viện Faraday, cho biết: “Nhiều loại hóa chất pin mới đang được phát triển và có thể phổ biến vào năm 2050. Với các thiết bị di động, nơi cần mật độ năng lượng cao, pin sẽ dùng cực dương silicon để giảm kích thước mà vẫn giữ nguyên công suất.”

“Các loại pin mới như pin dòng (flow battery) hoặc pin kim loại–không khí cũng có thể được sử dụng cho lưu trữ năng lượng siêu dài hạn.”

Ngoài ra, siêu tụ điện (supercapacitor) có thể cách mạng hóa xe điện. Không giống pin – tích điện nhờ phản ứng hóa học, tụ điện tích điện trực tiếp trên các bản cực. Siêu tụ điện được thiết kế đặc biệt để chứa được lượng điện lớn hơn thông thường nhờ hiệu ứng gọi là “giả tụ điện” (pseudocapacitance).

Nói đơn giản, siêu tụ có thể sạc đầy chỉ trong vài giây. Và trong khi pin lithium chỉ chịu được vài nghìn lần sạc, siêu tụ có thể trụ đến nửa triệu chu kỳ.

4. Chúng ta sẽ sử dụng máy tính như Iron Man

Một trong những lời hứa của khoa học viễn tưởng chưa trở thành hiện thực là việc biến các giao diện máy tính phẳng, 2D thành những hình ảnh pixel lơ lửng đầy mê hoặc trước mắt, phản ứng theo từng cử chỉ của tay.

Hiện tại, công nghệ máy tính không gian (spatial computing) đã xuất hiện – điển hình như Google Glass hay Apple Vision Pro – nhằm kết nối thế giới thực với thế giới số. Công nghệ này có thể theo dõi chuyển động mắt và nhận lệnh bằng giọng nói, nhưng vẫn còn khá gượng gạo so với những gì Tony Stark sử dụng trong loạt phim Iron Man (chưa kể đến việc giá thành cao và mang tính chuyên biệt).

Tuy nhiên, công nghệ này đang phát triển nhanh chóng. Hiện tại, việc theo dõi mắt được sử dụng để xác định người dùng đang nhìn vào đâu, và các nhà phát triển đang hướng tới khả năng nhận diện biểu cảm khuôn mặt giống như cách con người giao tiếp với nhau.

Chúng ta cũng có thể kỳ vọng vào khả năng theo dõi cử động tay tốt hơn, cho phép người dùng tương tác trực tiếp với thế giới số được hiển thị chồng lên thực tế.

Rào cản lớn nhất hiện nay của công nghệ máy tính không gian là thuyết phục người dùng chấp nhận việc đeo một thiết bị nặng 650g trên đầu mọi lúc. Không chỉ nhanh chóng gây khó chịu, thiết bị này còn trông rất kỳ cục từ góc nhìn người ngoài.

Một chiếc kính thực tế không gian cồng kềnh vào năm 2025 có thể phù hợp khi chơi game tại nhà, nhưng sẽ khiến nhiều người ngoái nhìn (turn a few heads) nếu bạn đeo ra phố. Công nghệ này chỉ có thể phổ biến nếu được tích hợp vào phần cứng nhỏ gọn như một cặp kính thông thường.

Nhưng hãy nhìn lại sự tiến hóa của điện thoại di động từ đầu thế kỷ 21. Chúng ta đã nhanh chóng biến những thiết bị cơ bản thành các sản phẩm thông minh, nhỏ gọn và tinh vi đến không ngờ. Năm 2019, trọng lượng trung bình của một chiếc điện thoại chỉ còn 148g – và hãy nghĩ xem chúng ta đã tiến xa đến mức nào kể từ đó.

Ai mà biết được, đến năm 2050, có thể chúng ta sẽ nâng cấp từ iPhone lên các thiết bị “eye-phone” sử dụng công nghệ ảnh ba chiều.

5. Bác sĩ sẽ khám cho bản sao số của bạn

Nghe có vẻ giống công nghệ deepfake mới, nhưng “bản sao số” (digital twin) là một khái niệm đang chuẩn bị làm rung chuyển ngành y tế.

Trong khi các mô phỏng máy tính thông thường chỉ tái hiện hành vi của một vật thể hay tình huống, bản sao số bổ sung thêm một lớp hiện thực – mô phỏng này được cập nhật liên tục từ dữ liệu thời gian thực của vật thể gốc, cho phép phản ánh chính xác những gì đang diễn ra.

Khái niệm này khởi đầu từ NASA, nhưng đã nhanh chóng được phát triển để phục vụ nhiều nhiệm vụ khác nhau. Ví dụ, một bản sao số có thể theo dõi tình trạng của nhà máy điện hạt nhân và dự đoán hành vi của nó dựa trên dữ liệu mới nhất – điều đặc biệt hữu ích trong việc ngăn chặn sự cố nghiêm trọng.

Đến năm 2050, bản sao số quen thuộc nhất có thể sẽ chính là chính chúng ta. Chúng ta hiện đã có đồng hồ thông minh và thiết bị theo dõi sức khỏe như nhịp tim hay huyết áp. Bản sao số có thể dùng dữ liệu đó để đánh giá tình trạng sức khỏe và đến gặp bác sĩ trước cả khi chúng ta nhận ra mình có vấn đề.

Tiến sĩ Roger Highfield, đồng tác giả của Virtual You, cho biết: “Các mô phỏng đã được sử dụng thường xuyên trong nghiên cứu phát triển thuốc và sẽ ngày càng phổ biến, mang lại y học cá nhân hóa và mang tính dự báo cao.”

“Hàng trăm bản sao số của một bệnh nhân có thể được sử dụng để khám phá các tình huống sức khỏe tương lai của họ – và tác động dài hạn của phương pháp điều trị, chế độ ăn uống hay thay đổi lối sống. Dù các bản sao tiên tiến nhất có thể chỉ dành cho giới nghiên cứu hoặc người giàu, những phiên bản đơn giản hơn cũng sẽ giúp mọi người hưởng lợi từ trọng tâm mới này – phòng bệnh hơn chữa bệnh.”

6. CRISPR bắt đầu chỉnh sửa bộ gene của chúng ta

Trong nhiều thập kỷ qua, người ta đã hứa hẹn rằng chỉnh sửa gene – can thiệp trực tiếp vào bộ gene con người – sẽ cách mạng hóa y học bằng những giải pháp phù hợp cho từng người bệnh. Và 25 năm tới có thể sẽ chứng kiến lời hứa này trở thành hiện thực.

Công cụ chỉnh sửa gene chính xác hiện đã sẵn sàng, nổi bật là CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – tức là các đoạn lặp lại ngắn, đối xứng, phân bố đều trong bộ gen).

Công nghệ này lần đầu tiên được các nhà khoa học Trung Quốc sử dụng trên phôi người vào năm 2015 nhằm sửa lỗi gene gây bệnh tan máu bẩm sinh beta-thalassaemia. Dù đây là những phôi không thể phát triển thành người, thử nghiệm này đã làm dấy lên nhiều tranh cãi về đạo đức, và phần lớn trong số 86 phôi đã không thành công.

CRISPR cũng được nghiên cứu trong điều trị các bệnh truyền nhiễm do virus và vi khuẩn, cũng như nhiều loại ung thư. Kể từ năm 2019, khi công nghệ này lần đầu được đưa vào cơ thể người, đã có nhiều thử nghiệm lâm sàng được tiến hành, nhưng vẫn còn nhiều trở ngại về mặt an toàn và đạo đức.

Tiến sĩ Nessa Carey, tác giả Hacking the Code of Life, dự đoán: “Đến năm 2050, chỉnh sửa gene sẽ được sử dụng tương đối thường xuyên trong điều trị các bệnh di truyền, cũng như một số tình trạng khác như ung thư.”

“Tôi nghĩ lúc đó chúng ta cũng sẽ thấy việc chỉnh sửa phôi thai từ các gia đình có bệnh di truyền – khi không còn phương án nào khác hiệu quả. Dù những thách thức kỹ thuật sẽ được giải quyết trước vấn đề đạo đức, nhưng vào giữa thế kỷ, tôi cho rằng không thể biện minh cho việc từ chối lựa chọn này với những gia đình tuyệt vọng.”

7. Tàng hình – sắp thành hiện thực!

Ngành khoa học vật liệu thường không hào nhoáng như các công nghệ khác – nhưng đây có thể là một lĩnh vực đầy hấp dẫn trong 25 năm tới. Một trong những vật liệu mới đơn giản mà đầy hứa hẹn là bê tông tự phục hồi.

Tự phục hồi là một quá trình “mô phỏng sinh học” – tức là công nghệ được phát triển dựa theo khả năng của thế giới tự nhiên – tương tự như cách mô của sinh vật có thể tự chữa lành tổn thương.

Trong tương lai, hầu hết bê tông sẽ có khả năng tự hàn gắn vết nứt, ví dụ như thông qua các loại vi khuẩn ngủ đông có thể tiết ra canxi cacbonat khi nước xâm nhập vào vật liệu. Hoặc thông qua các chất hàn gắn giống như keo, được giải phóng khi các vi nang bị vỡ ra do biến động của vật liệu.

Trong phim khoa học viễn tưởng, ta thường thấy các vật liệu kỳ lạ có thể tự biến đổi hình dạng khi cần (như T-1000 trong Terminator 2 tan chảy qua song sắt và hóa thân thành nhiều người). Các vật liệu có thể lập trình như vậy có thể được ứng dụng vào cuộc sống một cách tích cực hơn.

Ví dụ, các sân vận động có thể được lập trình để điều chỉnh số lượng ghế ngồi theo nhu cầu, giúp mọi người không phải bỏ lỡ chuyến lưu diễn Eras tiếp theo của Taylor Swift.

Hiện nay, các thử nghiệm chủ yếu sử dụng kỹ thuật “bơm theo pha rắn-lỏng”, trong đó vật liệu chuyển đổi giữa thể rắn và thể lỏng, tái định hình rồi đông cứng trở lại. Dù mới chỉ khả thi ở quy mô nhỏ, trong 25 năm tới, công nghệ này có thể được mở rộng đến mức ứng dụng thực tế.

Tuy nhiên, vật liệu mới hấp dẫn nhất là siêu vật liệu (metamaterials). Được thiết kế với cấu trúc phi thường nhằm lợi dụng các hiện tượng lượng tử, những vật liệu này có thể sở hữu các năng lực siêu nhiên.

Ở mức đơn giản, chúng có thể cải thiện mũ bảo hiểm bằng cách thay đổi mức áp suất chịu đựng. Còn ở mức ngoạn mục hơn, các nhà khoa học đang nghiên cứu áo choàng tàng hình thực sự. Siêu vật liệu trong những chiếc áo này có thể bẻ cong ánh sáng, khiến các vật thể được che phủ biến mất khỏi tầm mắt.

Hiện tại, các áo choàng này chỉ hoạt động với vật thể nhỏ và ánh sáng hồng ngoại (không nhìn thấy), nhưng đến năm 2050, ta có thể kỳ vọng vào các vật liệu đủ khả năng che giấu vật thể nhỏ trước ánh sáng nhìn thấy được.

8. Máy tính lượng tử sẽ nâng cấp trí tuệ nhân tạo thế hệ mới

Máy tính lượng tử đang tiến đến khả năng thực hiện các phép tính mà máy tính thông thường phải mất cả tuổi thọ của vũ trụ mới hoàn tất. Dù hiện còn hạn chế và dễ mắc lỗi, các thuật toán đang được phát triển để giúp chúng có thể, ví dụ, tìm kiếm nhanh hơn ở mức lũy thừa so với máy tính thông thường.

Đến năm 2050, ta có thể kỳ vọng máy tính lượng tử sẽ đủ ổn định để sử dụng như máy chủ từ xa hàng ngày, đặc biệt trong các tác vụ cần tìm kiếm phức tạp.

Hiện phần lớn máy tính lượng tử bị giới hạn do cần điều kiện phòng thí nghiệm, chẳng hạn cần làm lạnh vật liệu đến nhiệt độ siêu thấp. Nhưng với tốc độ nghiên cứu hiện nay, điều này có thể không còn là vấn đề sau 25 năm nữa.

Máy tính lượng tử cũng có khả năng thực hiện nhiều phép tính đồng thời, mở rộng sức mạnh cho trí tuệ nhân tạo (AI).

Dù trong 25 năm tới có thể chưa đạt đến trí tuệ nhân tạo tổng quát – tức máy tính có thể suy nghĩ và cảm nhận như con người – nhưng AI lượng tử có thể sẽ giải thích rõ hơn lý do đằng sau quyết định của mình.

Điều này sẽ khiến AI đáng tin cậy hơn trong những lĩnh vực ảnh hưởng lớn đến cuộc sống con người – như chăm sóc sức khỏe hay tài chính.

9. Dọn rác không gian

Bầu trời của chúng ta đang trở nên bừa bộn. Hàng thập kỷ qua, con người đã phóng hàng ngàn vệ tinh nhân tạo lên quỹ đạo Trái đất. Việc SpaceX triển khai dự án Starlink gần đây đã khiến lượng vật thể ngoài không gian tăng mạnh.

Cùng lúc đó, rác vũ trụ nhỏ – từ những mảnh sơn bong tróc đến phần còn lại của tên lửa nổ – ngày càng tích tụ. Chúng di chuyển với tốc độ rất cao.

Theo NASA, vận tốc va chạm trung bình của mảnh vỡ là 36.000 km/h. Bị một mảnh có đường kính chỉ 1cm va trúng cũng gây tác động như bị một quả bóng bowling đập vào với vận tốc gần 500 km/h.

Hiện có hơn 25.000 vật thể lớn hơn 10cm đang quay quanh Trái đất, và tổng cộng hàng chục triệu mảnh vụn. Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) thường xuyên bị móp nhẹ vì rác nhỏ, và mỗi năm phải điều chỉnh quỹ đạo một lần để tránh mảnh lớn. Đến năm 2050, tình hình sẽ còn tồi tệ hơn.

Một số rác sẽ tự rơi trở lại Trái đất, nhất là nếu ở quỹ đạo thấp. Nhưng càng cao thì càng lâu – ở độ cao 1.000 km, rác có thể tồn tại cả thế kỷ.

Hiện mỗi ngày có từ 1 đến 3 vật thể lớn tái nhập khí quyển. Các vệ tinh địa tĩnh bay ở độ cao hơn 35.000 km thường được đẩy lên quỹ đạo “nghĩa địa” (graveyard orbits). Trong khi đó, nhiều vệ tinh bay thấp được cho rơi có chủ đích.

Đến năm 2050, có thể sẽ có nhiều kỹ thuật dọn rác như tàu vũ trụ thu gom, lưới, hoặc tia laser để bốc hơi hoặc làm chậm mảnh vỡ khiến nó rơi trở lại.

Tuy vậy, sự thiếu hợp tác giữa các quốc gia, doanh nghiệp và cơ quan vũ trụ có thể cản trở nỗ lực dọn dẹp hiệu quả.

10. Cuối cùng là năng lượng nhiệt hạch

Đã nhiều thập kỷ qua, người ta vẫn hứa rằng nhiệt hạch hạt nhân sẽ mang đến nguồn năng lượng sạch và xanh – và đến năm 2050, lời hứa đó có thể thành hiện thực.

Khái niệm khá đơn giản: khai thác nguồn năng lượng của các ngôi sao. Khác với năng lượng hạt nhân hiện nay dùng phân hạch (tách nguyên tử), nhiệt hạch tận dụng năng lượng giải phóng khi các hạt nhân nguyên tử hợp nhất, chuyển một phần khối lượng thành năng lượng.

Nhiệt hạch có nhiều lợi thế hơn phân hạch: ít chất thải phóng xạ, nguyên liệu dễ kiếm hơn, và không có nguy cơ nổ lò phản ứng.

Các ngôi sao dùng áp suất và nhiệt độ cao từ lực hấp dẫn để duy trì phản ứng. Trên Trái đất, ta cần nhiệt độ cao hơn nhiều để tạo phản ứng nhiệt hạch. Các lò phản ứng hoạt động bằng cách nung nóng plasma đến mức cực cao hoặc dùng tia laser cực mạnh bắn các viên nhiên liệu vào để tạo áp suất và nhiệt độ.

Các thí nghiệm nhiệt hạch bắt đầu từ thập niên 1950, với kỳ vọng sẽ hòa vào lưới điện trong vòng 30 năm. Với áp lực từ biến đổi khí hậu và nhu cầu giảm khí thải khiến cho nhiên liệu hóa thạch bị loại bỏ, có thể đến năm 2050, nhiệt hạch sẽ tạo ra sản lượng điện đáng kể.

Tuy nhiên, Tiến sĩ Sharon Ann Holgate – tác giả sách Nuclear Fusion – cảnh báo: “Khó mà dự đoán khi nào – và liệu có hay không – chúng ta sẽ có thể đun nước bằng điện nhiệt hạch, nhưng tôi hy vọng trong 25 năm tới nó sẽ được tích hợp vào lưới điện toàn cầu.”

Bà cũng lạc quan khi nhận thấy sự đa dạng công nghệ ngày càng tăng:

“Ta có thể thấy nhiều công nghệ nhiệt hạch khác nhau tùy quy mô và vị trí của lò phản ứng – ví dụ lò phản ứng siêu nhỏ có thể dùng công nghệ khác với nhà máy lớn.”

Công nghệ nano. Ảnh: Getty Images

Bản sao kỹ thuật số. Ảnh: Getty Images

Công nghệ lượng tử. Ảnh: Getty Images

|Công nghệ nhiệt hạch. Ảnh: Getty Images