Các Vật Liệu Mới Trong Cách Mạng Công Nghiệp 4.0, Cách Mạng Công Nghiệp 4

Cuối năm 2018, Bộ trưởng Bộ KH&CN đã ra Quyết định ban hành Danh mục các công nghệ chủ chốt của cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ tư, sau đây gọi tắt là Công nghiệp 4.0, nhằm tạo cơ sở để các cơ quan liên quan nghiên cứu, đầu tư cho các hoạt động đổi mới công nghệ, nghiên cứu phát triển, ứng dụng chuyển giao các công nghệ trong lĩnh vực công nghệ thông tin và các công nghệ của Công nghiệp 4.0.

Bạn đang xem: Các vật liệu mới trong cách mạng công nghiệp 4.0

Đáng chú ý, trong danh mục 43 công nghệ chủ chốt của Công nghiệp 4.0, bên cạnh các ngành rất hot và quen thuộc như: Trí tuệ nhân tạo, Internet vạn vật, Dữ liệu lớn, Điện toán đám mây, Tế bào gốc … thì có tới gần một nửa công nghệ liên quan trực tiếp hay gián tiếp tới lĩnh vực Vật lý kỹ thuật. Điều đó cho thấy Vật lý kỹ thuật là trụ cột trọng yếu trong 3 trụ cột chính của Công nghiệp 4.0 cùng với công nghệ thông tin và công nghệ sinh học.

Nhắc đến vật lý, có thể kể đến sự ra đời của công nghệ chế tạo vật liệu nano, kỹ thuật in 3D và chế tạo cộng (Additive manufactring), tìm ra các vật liệu mới (graphene, skyrmions…), công nghệ chế tạo vật liệu chức năng, công nghệ chế tạo thiết bị nano, quang điện, công nghệ ánh sáng và quang tử… Dưới đây điểm qua một số công nghệ chủ chốt – là các hướng sinh viên sẽ được học và nghiên cứu tại Viện Vật lý kỹ thuật – ĐHBK Hà Nội.

Nổi bật đầu tiên là Công nghệ nano (Nanotechnology) – bao gồm hai công nghệ là chế tạo vật liệu nano và chế tạo thiết bị nano. Đây là hai ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet. Đối tượng nghiên cứu và chế tạo là vật liệu và thiết bị nano (Nanodevices and Nanomaterials). <1>

Công nghệ ánh sáng và quang tử (Photonics and Light Technologies) và Quang điện (Photovoltaics): nghiên cứu về phát và điều khiển ánh sáng, đặc biệt là việc sử dụng ánh sáng để mang thông tin. Vì nó đã vượt ra ngoài lĩnh vực khoa học cơ bản và tiến tới một ngành công nghệ hiện đại nên người ta thường gọi nó là công nghệ quang tử. Quang tử học bao gồm các nghiên cứu về phát sáng, truyền sáng, khuếch đại cường độ ánh sáng, thu nhận ánh sáng, gài thông tin vào chùm sáng và đóng ngắt quá trình truyền sáng. Các nghiên cứu và ứng dụng của công nghệ quang tử thường được thực hiện bằng ánh sáng của laser. <2>

Ứng dụng của công nghệ này bao gồm từ việc thu bắt ánh sáng tới các ngành truyền thông và xử lý thông tin. Sự kết hợp giữa yếu tố quang học và điện tử học đã tạo ra nhiều khái niệm cũng như những thiết bị mới, có ứng dụng cả trong quân sự (ví dụ trong chiến tranh vùng Vịnh năm 1991) lẫn trong đời sống xã hội (ví dụ các mạng lưới cáp quang truyền dẫn thông tin).

Công nghệ mô phỏng (Simulation): Tiết kiệm thời gian, kinh phí, nguyên vật liệu, tránh được những trường hợp rủi ro, nguy hiểm trong điều kiện thực, giảm tác động xấu tới môi trường…, thậm chí có thể làm được cái không thể làm trong điều kiện thực. Đó là những gì công nghệ mô phỏng có thể mang lại. Mô phỏng là quá trình phát triển mô hình hoá để mô phỏng một đối tượng cần nghiên cứu. Thay cho việc phải nghiên cứu đối tượng thực, cụ thể mà nhiều khi là không thể hoặc tốn kém, người ta mô hình hoá đối tượng đó trong phòng thí nghiệm và tiến hành nghiên cứu đối tượng đó dựa trên mô hình này.

Công nghệ chế tạo pin nhiên liệu (Fuel cells) và Năng lượng hydrogen (Hydrogen energy): pin nhiên liệu biến đổi năng lượng hóa học của nhiên liệu, thí dụ như là hiđrô, trực tiếp thành năng lượng điện. Không giống như pin hoặc ắc quy, tế bào nhiên liệu không bị mất điện và cũng không có khả năng tích điện. Tế bào nhiên liệu hoạt động liên tục khi nhiên liệu (hiđrô) và chất ôxi hóa (ôxy) được đưa từ ngoài vào. Pin nhiên liệu là loại thiết bị năng lượng có mức thải ô nhiễm gần như “bằng 0”, thân thiện với môi trường, vì vậy mà giá thành của nó không hề nhỏ.

Công nghệ in 3D và chế tạo cộng (3D printing and Additive manufacturing) bao gồm việc tạo ra một đối tượng vật lý bằng cách in theo các lớp từ một bản vẽ hay một mô hình 3D có trước. Công nghệ này khác hoàn toàn so với chế tạo trừ, lấy đi các vật liệu thừa từ phôi ban đầu cho đến khi thu được hình dạng mong muốn. Ngược lại, công nghệ in 3D bắt đầu với vật liệu rời và sau đó tạo ra một sản phẩm ở dạng ba chiều từ mẫu kỹ thuật số. Những ứng dụng của kĩ thuật in 3D thực sự kì vĩ. Thậm chí, người ta đã có thể “in” ra cả dụng cụ trợ thính và nhiều bộ phận tinh vi của chiếc máy bay phản lực vũ trang dưới những hình dạng khác nhau – chúng tôi sẽ có một bài riêng về vai trò của các kĩ sư Vật lý kỹ thuật trong việc phát triển Công nghệ in và quét 3D.

Bên cạnh đó, còn rất nhiều công nghệ vật lý khác đang được đầu tư nghiên cứu và phát triển trong chương trình phát triển Vật lý giai đoạn 2021-2025, hướng tới Công nghiệp 4.0 như các lĩnh vực cảm biến sinh học, chẩn đoán hình ảnh Y-sinh học…

Công nghiệp 4.0 tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo phát triển đột phá trong nghiên cứu và ứng dụng vật lý – tương lai của các kỹ sư Vật lý kỹ thuật

Bởi lẽ, Công nghiệp 4.0 thực chất mang nhiều sự đột phá của vật lý, khi nó nắm vai trò quan trọng chủ chốt trong sự lan toả của Công nghiệp. Mọi người thường ghĩ CMCN 4.0 chỉ liên quan đến AI, Big data, Blockchain, Hệ thống thông tin … nhưng thực tế đây một thời đại dành cho vật lý, sinh học và công nghệ nano. Công nghiệp 4.0 chính là một “cơ hội ngàn vàng” nhằm thúc đẩy vai trò tất yếu của lĩnh vực vật lý cùng với các lĩnh vực trụ cột phát triển. Có thể nói rằng đó chính là đột phá của công nghệ số trong những năm vừa qua, tiếp nối thành quả của cuộc cách mạng số hoá đã diễn ra mấy chục năm qua từ khi có máy tính. Tương lai mạng thế giới phẳng đang dần hình thành ngay trước mắt chúng ta, và con người toàn cầu sẽ phải học cách đón nhận, thích ứng với những bước tiến đang đến như vũ bão trong thời đại công nghệ số này.

Thực hiện

Vũ Tiến Lâm

Nguyễn Công Tú

Tham khảo

<1> http://tiasang.com.vn/-giao-duc/Cong-nghe-nano–Linh-vuc-moi-voi-nhung-ung-dung-moi–10747

<2> http://tiasang.com.vn/-khoa-hoc-cong-nghe/cong-nghe-quang-tu-nano-nen-silicon-424

<3> Tạp chí Vật lý ngày nay, Năm thứ 18, Số 2, tháng 6, 2019.

Nguồn ảnh

2 https://www.sao-ee.vn/en/tin-tuc/cong-nghe-mo-phong-bl11.html

3 http://www.khamphabonphuong.com/doi-song/805/cong-nghe-in-3d-gioi-han-o-tri-tuong-tuong

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư là sự kết hợp của công nghệ trong các lĩnh vực vật lý, công nghệ số và sinh học, tạo ra những khả năng sản xuất hoàn toàn mới và có tác động sâu sắc đến đời sống kinh tế, chính trị, xã hội của Thế giới. Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 sẽ tạo điều kiện cho ngành sản xuất vật liệu xây dựng nói riêng nâng cao trình độ, năng lực sản xuất, khả năng cạnh tranh và mở ra nhiều cơ hội đổi mới và phát triển.

1. Bối cảnh cách mạng công nghiệp4.0

Đặc trưng của những cuộc cách mạng công nghiệp (CMCN) trước đây là việc ứng dụng các kỹ thuật khác nhau vào sản xuất. Cuộc CMCN lần thứ nhất dùng nước và hơi nước để cơ khí hóa sản xuất. Cách mạng lần thứ hai sử dụng điện năng phục vụ cho sản xuất hàng loạt. Cách mạng lần thứ ba sử dụng điện tử và công nghệ thông tin để tự động hóa sản xuất. Và giờ đây, CMCN lần thứ tư dựa trên nền tảng cuộc CMCN lần thứ ba và đi kèm với cách mạng số khởi nguồn từ giữa thế kỷ trước.

Đặc trưng của cuộc cách mạng lần này là việc đẩy mạng phát triển công nghệ giúp xóa mờ ranh giới giữa các yếu tố vật chất, kỹ thuật số và sinh học. Định nghĩa một cách rộng hơn, đặc trưng của CMCN 4.0 là sự cải tiến công nghệ một cách nhanh chóng thông qua việc tăng cường sử dụng truyền thông di động và kết nối Internet (Internet vạn vật), dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo, công nghệ robot, phương tiện tự điều khiển, công nghệ in 3D, nano và công nghệ sinh học, công nghệ điện toán...

Hình 1. Các cuộc cách mạng trong quá khứ và hiện tại.

1.1. Tác động của cách mạng công nghiệp 4.0

Lĩnh vực lao động và việc làm đang trải qua những thay đổi lớn ở quy mô chưa từng có do sự chuyển dịch của một số yếu tố như: sự cải tiến của công nghệ, tác động của biến đổi khí hậu, sự thay đổi đặc tính của sản xuất và việc làm…(xem Sáng kiến thế kỷ của ILO về tương lai việc làm). Đặc biệt, các quốc gia trên toàn thế giới đang chứng kiến một cuộc cách mạng công nghệ, thường được gọi là CMCN 4.0. CMCN đang diễn ra mạnh mẽ ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương, đặc biệt là ở Việt Nam, quốc gia đang chứng kiến sự cải tiến và ứng dụng công nghệ tại nơi làm việc ở tốc độ nhanh hơn bao giờ hết và rất đa dạng trong các ngành nghề khác nhau.

Xem thêm: Nên làm gác lửng bằng vật liệu gì ? các loại vật liệu lót sàn gác lửng

Cùng với sự chuyển dịch toàn bộ các hệ thống sản xuất, quản lý và quản trị, CMCN 4.0 đem lại nhiều cơ hội và thách thức trong lĩnh vực việc làm, với những tác động trực tiếp và gián tiếp đối với các ngành nghề trong nền kinh tế (nông nghiệp, công nghiệp và dịch vụ) cũng như các nhóm người lao động bao gồm cả những nhóm dễ bị tổn thương nhất (thanh niên, phụ nữ…).

1.2.Công nghệ mới: tạo việc làm, chuyển đổi hay hủy hoại?

Trong các ngành công nghiệp sản xuất thuộc các nền kinh tế phát triển, hiệu ứng “phân cực việc làm” đã tạo ra nỗi lo sợ về giảm việc làm đối với một số ngành nghề và bất bình đẳng gia tăng.

Khái niệm “phân cực việc làm” mô tả xu hướng tăng cầu lao động có tay nghề cao với mức lương cao hơn (như các nhà quản lý, chuyên gia và nhân viên kỹ thuật) và các ngành nghề đòi hỏi tay nghề thấp với mức lương thấp (như nhân viên bán hàng, lao động giản đơn, dịch vụ). Đồng thời, cầu việc làm yêu cầu tăng nghề bậc trung với mức thu nhập trung bình giảm đi (như thư ký, cán bộ kế hoạch, công nhân vận hành máy). Sự phân bố việc làm theo hình chữ U này thường phổ biến trong thị trường lao động ở các nền kinh tế phát triển (trong đó có Hoa Kỳ và Tây Âu) đang bị phân cực.

Nhìn chung, điều này cho thấy những thay đổi công nghệ sẽ có tác động khác nhau đối với người lao động. Mức độ người lao động được hay mất do tự động hóa phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và liệu rằng, người lao động là nhân tố bổ trợ hay thay thế cho robot và máy móc?

1.3. Công nghệ là nhân tố khởi tạo và chuyển đổi việc làm

Những tiến bộ về công nghệ có thể hỗ trợ chuyển dịch cơ cấu nền kinh tế (chuyển dịch từ lĩnh vực nông nghiệp sang lĩnh vực sản xuất và dịch vụ) bằng cách thúc đẩy chuyển dịch lao động giữa các lĩnh vực và công việc hoặc đơn giản hóa công việc bằng cách giảm thiểu những nhiệm vụ phức tạp cho người lao động.

Trong lĩnh vực nông nghiệp, việc áp dụng cơ giới hóa là chìa khóa nâng cao năng suất lao động và đa dạng hóa kinh tế nông nghiệp. Với hai phần ba lực lượng lao động tập trung ở khu vực nông thôn, số lượng việc làm trong lĩnh vực nông nghiệp, lâm nghiệp và ngư nghiệp lớn, chiếm khoảng 40% tổng số việc làm năm 2017. Mặc dù mức tăng trưởng của ngành đã suy giảm trong những thập kỷ qua, vẫn có những tiềm năng lớn chưa được nắm bắt trong các hoạt động phi nông nghiệp và đa dạng hóa trong lĩnh vực phi nông nghiệp ở khu vực nông thôn và tăng năng suất nhờ cơ giới hóa”. Ví dụ như sự mở rộng nông nghiệp điện tử có tiềm năng tăng sản lượng nông nghiệp, lâm nghiệp và ngư nghiệp và thúc đẩy phát triển nông thôn thông qua sự xuất hiện của “việc làm xanh”.

Trong lĩnh vực sản xuất, việc ứng dụng những tiến bộ công nghệ có tiềm năng dịch chuyển người lao động sang những công việc yêu cầu tay nghề cao hơn mang lại năng suất cao hơn Báo cáo của ILO “ASEAN in transformation: How technology is changing jobs and enterprises transformation”(tạm dịch: ASEAN trong quá trình chuyển đổi: Công nghệ đang thay đổi việc làm và các doanh nghiệp như thế nào)chỉ ra rằng, phần lớn việc làm trong lĩnh vực sản xuất, đặc biệt là dệt may, quần áo và giày dép và ngành điện tử và các thiết bị ngành điện sẽ bị tác động bởi CMCN 4.0. Mặc dù công nghệ cao chưa hoàn toàn thâm nhập vào các ngành công nghiệp nhưng cũng đã có những dấu hiệu cho thấy sự xuất hiện của công nghệ cao trong một số ngành. Thương mại, đầu tư trực tiếp nước ngoài (FDI) và các công nghệ hỗ trợ đều đóng góp vào tăng trưởng năng suất. Trong các ngành công nghiệp đó, thay đổi đáng kể trong trung hạn đến dài hạn thường xảy ra do có sự đột phá về công nghệ, ví dụ như công nghiệp in 3D, robot công nghiệp, Internet vạn vật, thiết kế đồ họa trên máy tính và máy soi chiếu cơ thể… Theo đó, khả năng các lĩnh vực như kỹ sư, vận tải và hạ tầng sẽ có nhu cầu việc làm tăng lên.

Cách mạng số có tiềm năng chuyển dịch người lao động sang làm những công việc lấy khách hàng làm trung tâm trong lĩnh vực dịch vụ. Sự tiến bộ của công nghệ cũng dẫn đến sự ra đời của “nền kinh tế tạm thời”, trong đó, một số lượng lớn các công việc hoạt động trên các nền tảng trực tuyến đã ra đời (Uber, Grab, thương mại điện tử).

Cuối cùng, việc ứng dụng cải tiến công nghệ mới có thể cải thiện an toàn tại nơi làm việc, tăng năng suất, tiền lương và thúc đẩy nhiều loại nhu cầu, cùng với gia tăng dự kiến về luồng FDI và việc tiếp cận dễ dàng hơn với các thị trường xuất khẩu lớn bắt nguồn từ các Hiệp định Thương mại Tự do (FTA), đặc biệt là Hiệp định Đối tác Toàn diện và Tiến bộ xuyên Thái Bình Dương (CPTPP) và Hiệp định Thương mại tự do EU - Việt Nam, khi các hiệp định này được phê chuẩn. Năngsuất và điều kiện làm việc được cải thiện có thể dẫn đến giảm giờ làm và tạo ra nhiều dịch vụ và sản phẩm giải trí hơn.

1.4. Bảo vệ người lao động, việc làm tử tế trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0

Công nghệ, về bản chất, không tốt cũng không xấu do công nghệ không thể tự động đảm nhận mọi chức năng, đòi hỏi vận dụng nhận định và sự khéo léo, trí tuệ sáng tạo và trí tuệ mang tính xã hội (Frey và Osborne 2013). Vì vậy, vẫn cần thiết phải hỗ trợ người lao động và bảo vệ họ trong quá trình thay đổi nhanh chóng này. Đặc biệt là vai trò quan trọng của nền kinh tế phi chính thức cùng với sự gia tăng của các hình thức việc làm tự do, không theo tiêu chuẩn đặt ra những quan ngại về việc bảo vệ người lao động và chất lượng của việc làm do quan hệ việc làm (người sử dụng lao động/người lao động) trở nên mờ nhạt hơn. “Cách mạng số phải được xây dựng trên cơ sở việc làm tử tế mang lại giá trị nhân phẩm” (Guy Ryder, Tổng Giám đốc ILO).

1.5. Làm thế nào để tận dụng tối đa cách mạng công nghiệp 4.0? Một số ví dụ

• Lĩnh vực nông nghiệp

Tiến bộ công nghệ được ứng dụng theo nhiều cách khác nhau trong lĩnh vực nông nghiệp ở các nền kinh tế phát triển, thông qua việc tăng cường sử dụng công nghệ và tự động hóa trong sản xuất nhằm tăng năng suất (đóng góp trực tiếp), hay thông qua việc sử dụng ICT (công nghệ thông tin truyền thông) như một công cụ hỗ trợ người nông dân đưa ra các quyết định (đóng góp gián tiếp). Một số ví dụ cụ thể của việc sử dụng ICT bao gồm: việc sử dụng các ứng dụng điện thoại di động trong nông nghiệp, ứng dụng hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) trong canh tác và đánh bắt cá hay các công nghệ vệ tinh và khoa học nông nghiệp khác góp phần nâng cao đáng kể sản lượng nông nghiệp và ngư nghiệp.

Người tiêu dùng và người sản xuất ngày càng nhận thức và lưu tâm đến vấn đề sinh thái, thương mại công bằng và tầm quan trọng của các nông phẩm sinh học với những đặc điểm khác biệt so với các sản phẩm hóa học và sản xuất hàng loạt. Việc sử dụng ICT thúc đẩy những sản phẩm sinh học và hữu cơ này thường được sử dụng trong bán hàng và xúc tiến các sản phẩm có chất lượng đi kèm với hàng loạt các chiến lược khác như quy cách đóng góp, quy định kích cỡ hay định giá.

• Lĩnh vực công nghiệp

Việc ứng dụng công nghệ cao rất phổ biến trong các ngành công nghiệp. Ở các nền kinh tế công nghiệp hóa, công nghệ được sử dụng theo nhiều cách khác nhauđể thúc đẩy hiệu suất (cả chất lượng và số lượng) và tăng năng suất. Ví dụ như các nền kinh tế châu Á thành công như: Singapore, Hàn Quốc, Đài Loan và Malaysia đã đạt được những thành tựu thần kỳ về kinh tế với những chính sách phát triển công nghiệp đặt trọng tâm chiến lược vào các lĩnh vực định hướng xuất khẩu cụ thể.

Dù trong điều kiện nào thì các chính sách về giáo dục và đào tạo cũng giúp cho lực lượng lao động sẵn sàng tham gia vào các ngành công nghiệp mục tiêu bằng cách hỗ trợ họ tiếp thu các kiến thức và công nghệ từ khắp nơi trên thế giới và chuyển hóa thành các sản phẩm mới và tinh tế hơn. Ví dụ như ở Singapore, tỷ lệ các ngành sản xuất phục vụ xuất khẩu đòi hỏi tay nghề cao và ứng dụng công nghệ chiếm gần 50% lực lượng lao động.

• Lĩnh vực dịch vụ

Việc sử dụng các thiết bị di động và mức độ tiếp cận Internet rộng rãi ngày càng gia tăng đã thay đổi về cơ bản thế giới việc làm. Sự xuất hiện của nền kinh tế tạm thời, nền tảng số, việc làm tự do và thương mại điện tử đã tạo ra những hình thức việc làm mới có thể được thực hiện từ xa (hay một phần được thực hiện từ xa). Chúng cũng góp phần đáng kể vào việc mở rộng thị trường ngoài phạm vi biên giới bằng cách kết nối con người với số lượng ngày càng gia tăng.

Phương pháp học trực tuyến ngày càng được sử dụng nhiều hơn để thúc đẩy phát triển kỹ năng trong suốt vòng đời của con người. Ví dụ như việc thực hiện các khóa học trực tuyến như MOOC (Massive Online Open Course) mở rộng cơ hội cho thanh niên học hỏi và chia sẻ kiến thức về nhiều chủ đề khác nhau với chi phí thấp nhất.