Chúng ta sẽ sống, học tập, làm việc và giải trí như thế nào khi mỗi người đều có thể tự làm bất cứ thứ gì và bất cứ nơi nào? Những thành tựu của cuộc cách mạng kỹ thuật số mà đang thách thức nhiều hệ thống đương đại của chúng ta.
Cuộc cách mạng kỹ thuật số đang đến gần, và lần này là trong lĩnh vực sản xuất. Nó vẫn dựa trên những ý tưởng, mà trước đây từng mang đến quá trình số hoá thông tin liên lạc và máy tính, nhưng bây giờ không chỉ thế giới ảo, mà cả thế giới vật chất cũng sẽ bị lập trình. Số hoá sản xuất cho phép con người nghiên cứu và sản xuất cơ sở vật chất ở bất cứ nơi nào và bất cứ khi nào con người cần. Khả năng truy cập mở rộng đối với những công nghệ này sẽ nhanh chóng thách thức các mô hình kinh doanh truyền thống, cung cấp viện trợ nước ngoài và giáo dục.
Nguồn gốc của cuộc cách mạng ngày nay đã bùng lên vào năm 1952, khi các nhà khoa học của Học viện công nghệ Massachusetts (MTI) kết nối một trong những máy tính kỹ thuật số đời đầu với chiếc máy phay, để biến nó thành cỗ máy đầu tiên được điều khiển bằng máy tính. Nhờ chương trình máy tính thay thế thợ phay khi tiện một phôi kim loại, các nhà khoa học đã có thể chế tạo những chi tiết cho máy bay, mà mang các hình dáng phức tạp hơn những gì bàn tay con người có thể làm được. Bắt đầu từ lưỡi tiện quay đầu tiên, các loại công cụ cắt đã được lắp đặt vào những thiết bị được điều khiển bằng máy tính, bao gồm - các tia nước với những bột mài, mà có thể cắt được các vật liệu cứng; tia laser có thể cắt được những hoa văn tinh xảo một cách nhanh chóng;...
Ngày nay, các máy công cụ được lập trình để tham gia vào quá trình chế tạo gần như mọi sản phẩm thương mại - trực tiếp (bắt đầu từ việc sản xuất vỏ máy tính xách tay cho tới động cơ phản lực) hoặc gián tiếp (sản xuất các công cụ, mà tạo hình và chế tạo ra khuôn cho những sản phẩm sản xuất hàng loạt). Tuy nhiên, cũng giống như tất cả các máy công cụ thời kỳ đầu, những thiết bị này ngày nay, với khả năng điều khiển bằng chương trình số hoá, không thể làm gì được ở bên trong sản phẩm. Điều đó có nghĩa rằng, lấy ví dụ, trục bánh xe sẽ phải được chế tạo riêng biệt với vòng bi, mà nó sẽ xuyên qua.
Tuy nhiên, vào những năm 1980, các quy trình sản xuất được điều khiển bằng máy tính đã xuất hiện thêm vào đó, chứ không phải loại bỏ đi nguyên liệu (được gọi là "sản xuất gia tăng"). Nhờ in 3D, các ổ trục và trục có thể được sản xuất bởi một cỗ máy, cùng một thời điểm. Hiện nay, phạm vi của các quy trình in 3D có thể thực hiện đủ rộng, bao gồm làm chảy các sợi nhựa bằng nhiệt; tia cực tím để kết dính keo polyme; các giọt keo để kết dính bột; cắt và cán giấy; tia lazer làm nóng chảy các hạt kim loại. Các công ty đang sử dụng những máy in 3D để tạo hình sản phẩm trước khi triển khai sản xuất: Quá trình này được gọi là tạo mẫu nhanh. Ngoài ra, các công ty dựa vào những công nghệ này để tạo ra các vật thể phức tạp, lấy ví dụ như đồ trang sức và những sản phẩm phục vụ cấy ghép y tế. Các nhóm nghiên cứu thậm chí còn sử dụng máy in 3D để tạo ra các cấu trúc tế bào, nhằm mục đích «in» ra những thực thể sống.
«Sản xuất gia tăng» được khá nhiều người coi là một cuộc cách mạng. Cần phải lưu ý rằng cuộc cách mạng này là một loại hình khá thú vị - nó được những người quan sát công bố nhiều hơn là những người trực tiếp sản xuất. Trong một phân xưởng được trang bị tốt, máy in 3D có thể được sử dụng để hoàn thành hơn 1/4 công việc, phần còn lại các máy móc khác có thể hoàn thiện. Một trong những lý do - đó là các máy in này hoạt động khá chậm, chúng cần hàng giờ hoặc thậm chí vài ngày để thực hiện công việc. Với độ chính xác cao hơn, các máy móc khác do máy tính điều khiển có thể sản xuất những chi tiết lớn hơn, nhẹ hơn hoặc bền hơn.
Cuộc cách mạng không phải là sự thay thế phương thức sản xuất cắt tiện bằng «sản xuất gia tăng», mà là khả năng biến những dữ liệu điện tử thành vật chất và vật chất thành các dữ liệu điện tử. Đó chính là điều đang diễn ra; trên một vài phương diện, có một sự khá tương đồng với lịch sử phát triển của máy điện toán. Bước đầu tiên trong quá trình phát triển của chúng là sự xuất hiện của các máy điện toán đa năng cỡ lớn vào thập niên 1950, sản phẩm mà chỉ những tập đoàn lớn, chính phủ và các tổ chức ưu tú mới có thể mua được. Sau đó, vào thập niên 1960, sự phát triển của các máy điện toán mini bắt đầu, mà tiên phong là dòng máy tính PDP do Digital Equipment Corporation sản xuất, dựa trên nguyên lý hoạt động của máy tính bán dẫn MIT đầu tiên, TX-0.
Những chiếc máy này đã khiến cho giá thành của một chiếc máy điện toán giảm từ hàng trăm nghìn USD xuống còn vài chục nghìn. Mặc dù vẫn còn quá đắt đối với người dân bình thường, nhưng chúng đã được cung cấp cho các nhóm nghiên cứu, những khoa đại học và các công ty quy mô nhỏ hơn. Những người sử dụng các thiết bị này đã phát triển gần như tất cả các ứng dụng, mà hiện nay đang được sử dụng khi chúng tà làm việc trên máy tính: Email, trình xử lý văn bản, trò chơi điện tử, nghe nhạc. Sau máy tính mini, máy tính-theo sở thích xuất hiện. Nổi tiếng nhất trong số này, MITS Altair 8800, được bán vào năm 1975 với giá khoảng 1.000 USD đã được lắp ráp hoặc khoảng 400 USD trong tình trạng tháo rời. Những tính năng của nó rất thô sơ, nhưng nó đã thay đổi cuộc đời của một thế hệ những người tiên phong trong lĩnh vực máy tính, những người mà hiện có thể đủ khả năng sở hữu chiếc máy của riêng mình. Các máy điện toán đã trở thành tài sản cá nhân với sự ra đời của máy tính cá nhân IBM vào năm 1981. Nó tương đối nhỏ gọn, dễ sử dụng, hữu ích và giá cả phải chăng.
Cũng như câu chuyện liên quan tới các máy điện toán đa năng cũ, chỉ có những tổ chức lớn mới có thể mua được máy phay hiện đại điều khiển bằng máy tính (vào thời điểm đó, chúng cồng kềnh và đắt tiền). Năm 1980, thế hệ các hệ thống tạo mẫu nhanh đầu tiên của những công ty như 3D Systems, Stratasys, Epilog Laser và Universal đã hạ giá thành các hệ thống sản xuất do máy tính điều khiển từ hàng trăm nghìn USD xuống vài chục nghìn USD, làm tăng sức hấp dẫn của chúng đối với các nhóm nghiên cứu. Các thiết bị sản xuất kỹ thuật số thế hệ tiếp theo hiện vẫn còn trên thị trường - chẳng hạn như RepRap, MakerBot, Ultimaker, PopFab và MTM Snap - được bán với giá vài nghìn USD dưới dạng đã lắp ráp hoặc hàng trăm USD trong trình trạng tháo rời. Không giống như các phương tiện sản xuất kỹ thuật số trước đó, những công cụ này có cấu trúc đặc biệt và thông thường, chúng có thể được sử dụng không chỉ cùng nhau, mà chủ sở hữu chúng (cũng như những người sở hữu máy tính-theo sở thích trước đây) có thể khai thác nhiều hơn từ chúng, khi đưa ra các thay đổi của riêng mình vào trong cấu trúc của chúng. Chưa có những nền tảng sản xuất kỹ thuật số cá nhân toàn diện so ngành với máy tính cá nhân, nhưng chắc chắn chúng sẽ sớm xuất hiện.
Sản xuất cá nhân trong vòng nhiều năm vẫn được coi là lĩnh vực khoa học viễn tưởng. Các nhà khoa học trong một loạt phòng thí nghiệm hiện giờ đang nghiên cứu một vật thể thực, khi phát triển các quy trình mà có thể kết hợp các nguyên tử và phân tử riêng lẻ thành bất kỳ cấu trúc mong muốn nào.
Khác với các máy in 3D ngày nay, những thiết bị này sẽ có khả năng xây dựng ngay lập tức một hệ thống chức năng hoàn chỉnh mà không cần kết nối các bộ phận riêng biệt. Mục tiêu, lấy ví dụ, là không chỉ để sản xuất các bộ phận cho một chiếc thiết bị bay điều khiển từ xa, mà là để một phương tiện được lắp ráp hoàn chỉnh như thế có thể bay thẳng ra từ máy in. Chúng ta còn cách xa điều này nhiều năm, tuy nhiên không cần thiết phải khoanh tay chờ đợi: Đa số các chức năng của máy tính, mà được sử dụng ngày nay đều được phát minh trong thời đại máy tính mini, tức là rất lâu trước thời kỳ hoàng kim của máy tính cá nhân. Điều tương tự cũng đang diễn ra với các máy sản xuất kỹ thuật số hiện nay, mà mặc dù vẫn còn sơ khai, nhưng đã có thể được dùng để tạo ra (gần như) mọi thứ và (gần như) ở mọi nơi. Và điều đó sẽ thay đổi tất cả.
Nghĩ ở cấp độ toàn cầu, sản xuất ở quy mô
Lần đầu tiên cao mối liên hệ giữa máy tính cá nhân và sản xuất cá nhân được đánh giá tại Trung tâm MIT Bits và Atoms (CBA), mà được thành lập vào năm 2001 với sự hỗ trợ tài chính từ Quỹ Khoa học Quốc gia để khám phá ranh giới giữa khoa học máy tính và vật lý, đã tổ chức một khóa học có tên «Cách làm được (gần như) mọi thứ». Trung tâm có một không gian đặc biệt, được bố trí các trang thiết bị để sản xuất và đo lường các vật thể khác nhau, kể cả nhỏ với kích thước bằng một vài nguyên tử, lẫn lớn như các tòa nhà.
Một khóa học cho một nhóm nhỏ sinh viên-nhà nghiên cứu đã được thiết kế để dạy họ cách sử dụng các công cụ CBA, nhưng chúng nhận được sự quan tâm rất lớn từ phía các sinh viên, mà khao khát tạo ra các sản phẩm của riêng mình. Sau đó, mỗi sinh viên đã hoàn tất đề án học kỳ, nhằm sử dụng kỹ năng tiếp thu được vào thực tế. Một người trong số họ đã tạo ra chiếc đồng hồ báo thức, mà người đang buồn ngủ khi sở hữu nó sẽ phải vật lộn để chứng minh rằng mình đã tỉnh giấc. Một sinh viên khác đã tạo ra một chiếc váy với các cảm biến tích hợp và cấu trúc có động cơ giống như xương sống có thể bảo vệ không gian riêng của người mặc. Theo đó, các sinh viên đã trả lời một câu hỏi: Sản xuất kỹ thuật số để làm gì? Hóa ra, «ứng dụng huỷ diệt» trong sản xuất kỹ thuật số, cũng như trong trường hợp liên quan tới máy tính - đó là sự cá nhân hóa - tức là sản xuất ra sản phẩm cho "thị trường" chỉ có một người.
Sau thành công của đợt tốt nghiệp đầu tiên vào năm 2003, CBA đã khởi động một dự án lớn hơn, với sự hỗ trợ của Quỹ Khoa học quốc gia Mỹ. Thay vì chỉ mô tả công việc của mình, dự án quyết định rằng sẽ thú vị hơn nếu để sinh viên sử dụng các công cụ. Dự án đã lắp một bộ thiết bị trị giá khoảng 50.000 USD (bao gồm một máy laze được điều khiển bằng máy tính, một máy in 3D cũng như các máy phay lớn và nhỏ được điều khiển bằng máy tính) và các vật liệu trị giá 20.000 USD (bao gồm những linh kiện để tạo khuôn và đúc các chi tiết và thiết bị điện tử công nghiệp). Tất cả các công cụ đã được liên kết bằng một phần mềm đặc biệt. Chúng được đặt tên là «fab labs» (từ tiếng Anh «Fabrication labs» - «những phòng thí nghiệm sản xuất» hay «fabulous labs» - «những phòng thí nghiệm đầy kinh ngạc»). Giá thành của chúng tương đương với chiếc máy tính mini và dự án nhận thấy rằng chúng được sử dụng một cách giống nhau: Để phát triển cả các lĩnh vực ứng dụng mới, lẫn để đào tạo những người dùng mới của các loại máy sản xuất.
Bắt đầu từ tháng 12/2003, một nhóm CBA đã tạo ra «fab lab» đầu tiên tại Trung tâm công nghệ South End (SETC) nằm ở trung tâm Boston (Mỹ). Theo SETC, máy móc sản xuất kỹ thuật số là một bước phát triển hợp lý. Từ đó cho đến nay, các «fab lab» được thành lập ở khắp mọi nơi - từ Nam Phi cho đến Na Uy, từ Detroit cho đến tận vùng nông thôn của Ấn Độ. Trong những năm gần đây, cứ mỗi 18 tháng, số các «fab lab» đã tăng lên khoảng gấp đôi. Tính đến nay có hơn 100 «fab lab» đang hoạt động và nhiều «fab lab» khác đang trong giai đoạn thiết kế. Các «fab lab» như thế là một phần của «tổ chức các nhà sản xuất» lớn hơn - những công ty công nghệ cao «trái tay», mà đang dân chủ hóa khả năng tiếp cận các phương tiện sản xuất hiện đại.
Nhu cầu ở địa phương đang thúc đẩy việc tạo ra các «fab lab» trên khắp thế giới. Bất chấp phạm vi địa lý rộng và các mô hình tài trợ khác nhau, tất cả các phòng thí nghiệm đều giống nhau về những năng lực cốt lõi. Vì vậy, việc thực hiện các dự án hợp tác và sự di chuyển nhân sự giữa các phòng thí nghiệm đã trở nên dễ dàng. Cung cấp khả năng truy cập internet là mục tiêu của nhiều «fab lab». Một dự án chế tạo ăng-ten, radio và thiết bị đầu cuối cho mạng không dây đã được khởi động ở phòng thí nghiệm tại Boston. Nhiệm vụ thiết kế tổng thể đã được hoàn thiện tại «fab lab» ở Na Uy, được thử nghiệm trong «fab lab» khác ở Nam Phi, được triển khai tại một trong các «fab lab» ở Afghanistan và hiện nay đang tự duy trì ở Kenya. Không nơi nào trong số những địa điểm này có khối lượng kiến thức quan trọng cần thiết để tự thiết kế và sản xuất các mạng. Tuy nhiên, nhờ sự trao đổi thông tin về thiết kế và hoạt động sản xuất các hợp phần tại địa phương, tất cả «fab lab» đều có thể đạt được mục tiêu chung. Khả năng truyền dữ liệu đi khắp thế giới và sau đó sản xuất theo yêu cầu tại địa phương mang tới những kết đột phá đối với ngành này.
Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất có thể bắt đầu từ năm 1761, khi kênh đào Bridgewater mở cửa ở Manchester (Anh). Nhờ vậy, Manchester đã trải qua một giai đoạn phát triển bùng nổ, nhưng sau đó là phá sản. Con kênh bắt đầu nhường chỗ cho các loại hình vận tải mới: Đường sắt, xe tải và cuối cùng là tàu chở container. Sản xuất công nghiệp ngày nay là một cuộc đua sống còn, trong đó các doanh nghiệp sản xuất di chuyển đến những địa điểm có chi phí thấp để đáp ứng nhu cầu của chu kỳ sản xuất toàn cầu.
Hiện giờ, Manchester sở hữu một «fab lab» sáng tạo, mà đang tham gia vào một cuộc cách mạng công nghiệp mới. Các thiết kế được tạo ra ở đây có thể được gửi dưới định dạng điện tử đến bất kỳ nơi nào trên thế giới để sản xuất theo yêu cầu, nhờ đó sẽ loại bỏ một cách hiệu quả những chi phí vận chuyển. Và khác so với các nhà máy kiểu cũ, bất kỳ ai cũng có thể sở hữu các phương tiện sản xuất mới.
Tại sao có ai đó lại muốn sở hữu một chiếc máy sản xuất kỹ thuật số? Tư liệu sản xuất cá nhân chỉ được coi là những món đồ chơi, bởi vì giá thành sản xuất hàng loạt luôn thấp hơn so với sản xuất đơn lẻ. Một lập luận tương tự đã từng được đưa ra để phản đối máy tính cá nhân vào năm 1977. Nhưng có thể máy tính cá nhân đã không được sử dụng để kiểm kê và tính lương, mà để người dùng có thể đáp ứng các nhu cầu cá nhân của mình: Nghe nhạc, nói chuyện với bạn bè, mua sắm. Cũng vì nguyên nhân đó, mục đích của sản xuất cá nhân không phải để làm ra những sản phẩm có thể mua được trong cửa hàng, mà là sản xuất ra các sản phẩm không thể mua được. Lấy ví dụ về việc mua sắm tại IKEA. Gã khổng lồ đồ nội thất dự đoán xu hướng của nhu cầu đồ nội thất toàn cầu và sau đó sản xuất và vận chuyển hàng hóa của mình đến các trung tâm mua sắm lớn. Chỉ với vài nghìn USD, bất kỳ ai cũng có thể mua một bộ để lắp ráp chiếc máy phay định dạng lớn, được điều khiển bằng máy tính, có khả năng chế tạo tất cả những bộ phận cho các sản phẩm của IKEA. Nếu thiết bị này chỉ cần giúp bạn tiết kiệm được 10 lần mua hàng tại IKEA, thì có thể coi nó là sự bù đắp xứng đáng chi phí bỏ ra. Ngoài ra, mỗi chi tiết được chiếc máy tạo ra sẽ dựa trên sở thích của khách hàng. Và thay vì thuê nhân công tại các nhà máy ở xa, việc sản xuất đồ nội thất được thực hiện ngay tại chỗ theo cách này.
Quan sát cuối cùng này đã truyền cảm hứng cho những người sáng lập ra dự án Fab City ở Barcelona (Tây Ban Nha), mà mục tiêu của dự án là để thành phố kết nối toàn cầu với các nguồn thông tin và tri thức, nhưng đồng thời phải tự cung tự cấp về hàng hóa, mà thành phố có nhu cầu.
Các công cụ để sản xuất kỹ thuật số, mà sẵn có hiện nay vẫn chưa đạt được mức độ hoàn thiện cần thiết. Nhưng thay vì chỉ ngồi và chờ đợi, các chương trình như đang được triển khai ở Barcelona sẽ phát triển năng lực sử dụng những công cụ này khi chúng được hoàn thiện.
Các bit và nguyên tử
Thông thường, thuật ngữ «sản xuất kỹ thuật số» đề cập đến những quy trình sử dụng các công cụ được điều khiển bằng máy tính, mà là kế thừa những công cụ máy được điều khiển bằng số được sản xuất vào năm 1952 tại MIT. Nhưng phần «kỹ thuật số» của các công cụ này nằm ở máy tính điều khiển, trong khi chính những vật liệu lại là analog. Ý nghĩa mang tính sâu xa hơn của «sản xuất kỹ thuật số» là các quy trình sản xuất, mà trong đó cả vật liệu cũng phải là kỹ thuật số. Có một số lượng nhất định các phòng thí nghiệm đang phát triển những vật liệu kỹ thuật số để phục vụ sản xuất trong tương lai.
Sự khác biệt không chỉ nằm ở ngữ nghĩa. Chất lượng của kết nối liên lạc điện thoại giảm đi khi khoảng cách tăng, bởi vì đó là tín hiệu analog: Mọi lỗi xuất phát từ tiếng ồn trong hệ thống chồng lên nhau. Sau đó, nhà toán học của MIT, ông Claude Shannon, đã chỉ ra rằng bằng cách chuyển đổi một cuộc gọi thành mã 0 và 1, thông tin có thể được gửi đi một cách đáng tin cậy ngay cả trong một hệ thống bị nhiễu ồn và không hoàn hảo. Sự khác biệt then chốt chính là việc vá các lỗi: Ngay cả khi 1 biến thành 0,9 hoặc 1,1 thì hệ thống vẫn có thể phân biệt nó với 0.
Tại MIT, sự phức tạp khi phải làm việc với một chiếc máy tính cơ học khổng lồ tương tự đã thúc đẩy các nghiên cứu của Shannon. Nó sử dụng các bánh xe và đĩa quay, và những câu trả lời của nó được đưa ra càng tồi tệ hơn khi phải làm việc lâu hơn. Các nhà nghiên cứu gồm John von Neumann, Jack Cowen và Samuel Vinograd đã chỉ ra rằng, dữ liệu số hóa cũng có thể được sử dụng để tính toán: Một máy tính kỹ thuật số biểu diễn thông tin dưới dạng số 1 và 0 có thể đáng tin cậy, ngay cả khi các phần của nó không như thế... Số hóa dữ liệu là hiện tượng giúp có thể chuyển thiết bị trước đây được biết đến là siêu máy tính, sang điện thoại thông minh bỏ túi.
Chính những ý tưởng tương tự hiện đang được áp dụng đối với các vật liệu. Để hiểu sự khác biệt giữa những công nghệ được sử dụng ngày nay, chỉ cần so sánh quá trình lắp ráp khối LEGO của một đứa trẻ và hoạt động của máy in 3D. Thứ nhất, vì các mảnh LEGO phải được kết nối chính xác để giữ với nhau, nên vị trí cuối cùng của chúng chính xác hơn những kỹ năng vận động cho phép của trẻ. Quá trình in 3D, ngược lại, tích lũy các lỗi (những ai đã từng kiểm tra điều này trong thực tế, khi máy in 3D trong vài giờ đã tạo ra một chi tiết, và sau đó nó bị lỗi do liên kết không hoàn hảo ở các lớp dưới, có thể thừa nhận điều này)... Thứ hai, các mảnh LEGO từ xác định khoảng cách giữa chúng với nhau, điều cho phép cấu trúc tăng lên tới bất kỳ kích cỡ nào. Máy in 3D bị giới hạn bởi kích thước của hệ thống mà đặt ra phạm vi của đầu in. Thứ ba, có nhiều loại vật liệu khác nhau để tạo ra các chi tiết LEGO, trong khi máy in 3D có các hạn chế về khả năng sử dụng những vật liệu khác nhau, bởi vì tất cả đều phải qua cùng một quy trình in. Thứ tư, cấu trúc LEGO, nếu không cần thiết nữa, có thể được tháo rời và tái sử dụng những chi tiết; khi các chi tiết được sản xuất bởi máy in 3D không còn cần thiết nữa, chúng thường bị vứt bỏ. Đây là những khác biệt giữa hệ thống analog (in liên tục bằng 3D) và kỹ thuật số (lắp ráp LEGO).
Số hoá vật liệu không phải là ý tưởng mới mẻ. Nó đã được bốn tỷ năm tuổi, bắt nguồn từ bào quan tổng hợp (ribosome). Con người có đầy đủ các cỗ máy phân tử: Từ những động cơ thúc đẩy cơ bắp của chúng ta, đến các cảm biến trong mắt chúng ta. Ribosome tạo nên tất cả các thiết bị này từ những chi tiết LEGO siêu nhỏ, các amino acid, mà có khoảng 22 loại khác nhau. Trình tự liên kết của những amino acid này được lưu trữ trong DNA và được truyền đến cho ribosome bởi một protein khác gọi là RNA. Mã này không chỉ khắc hoạ protein, mà cần được chế tạo: Nó trở thành chính protein mới.
Các phòng thí nghiệm như trên hiện đang phát triển những máy lắp ráp 3D (không phải các máy in), mà có thể tạo ra những kết cấu khác nhau theo cách giống như ribosome. Máy lắp ráp sẽ có thể thêm và loại bớt các phần ra khỏi một bộ nhất định.
Sự khác biệt chủ yếu giữa các máy in 3D hiện nay và những lắp ráp được mô tả đó là các máy lắp ráp có thể tạo ra một hệ thống chức năng hoàn chỉnh, trong một quy trình duy nhất. Chúng có thể tích hợp các kết cấu cơ khí cố định và chuyển động, những cảm biến, các máy móc và thiết bị điện tử. Quan trọng hơn nữa, thứ mà những máy lắp ráp không tạo ra - đó là rác. Rác như một khái niệm chỉ những vật liệu không chứa đầy đủ thông tin để tái sử dụng. Chẳng hạn, tất cả các vật dụng trong rừng đều được tái chế nhiều lần. Tương tự như thế, sản phẩm được tạo từ các vật liệu kỹ thuật số không nhất thiết phải vứt bỏ khi nó trở nên lỗi thời. Nó đơn giản có thể được tháo rời thành các bộ phận, mà chúng ta có thể sử dụng để tạo ra thứ gì đó mới.
Điều thú vị nhất đó là các máy lắp ráp có thể lắp ráp chính mình. Tạm thời, chúng được làm từ cùng loại linh kiện, mà được sử dụng trong những máy tạo mẫu nhanh. Tuy nhiên, cuối cùng, mục tiêu của những cỗ máy này là đạt được khả năng tạo ra tất cả các bộ phận của mình. Ý tưởng này có tính thực tế. Vấn đề lớn nhất trong việc tạo ra các «fab labs» mới trên toàn thế giới không phải là do thiếu sự quan tâm, do nhân viên sử dụng thiết bị không được đào tạo, và thậm chí không phải do chi phí của các dự án, mà chính là công tác hậu cần. Sự quan liêu, những cán bộ hải quan không có năng lực hoặc tham nhũng và việc không có khả năng đáp ứng nhu cầu từ phía mạng lưới các nhà cung cấp đã cản trở nỗ lực vận chuyển thiết bị đi khắp thế giới. Khi các máy lắp ráp đã sẵn sàng được cung cấp, việc gửi những thành phần vật lý kỹ thuật số qua bưu điện và sau đó gửi các mã thiết kế qua thư điện tử đến «fab lab», để một máy lắp ráp có thể tạo ra một chiếc khác sẽ dễ dàng hơn nhiều.
Các máy lắp ráp tự tái tạo cũng có ý nghĩa quan trọng để mở rộng quy mô sản xuất. Ribosome có độ trì trệ, chúng chỉ bổ sung vài acid amin mỗi giây. Nhưng số lượng của chúng rất lớn - hàng chục nghìn trong mỗi nghìn tỷ tế bào của cơ thể người - và chúng có thể tự tạo ra chính mình khi cần thiết. Ngoài ra, để phù hợp với tốc độ của bộ sao chép, một vài máy lắp ráp sẽ phải có khả năng hoạt động song song.
Chất xám
Loại công nghệ này có nguy hiểm hay không? Năm 1986, kỹ sư Eric Drexler, người bảo vệ luận án tiến sĩ tại MIT đầu tiên trong lĩnh vực công nghệ nano phân tử, đã viết về cái mà ông gọi là «chất xám» - đó là kịch bản về ngày tận thế, mà trong đó một hệ thống tự tái tạo sao chép chính mình một cách không kiểm soát, lan rộng khắp trái đất, tiêu hao tất cả tài nguyên của hành tinh. Năm 2000, Bill Joy, một nhà tiên phong trong lĩnh vực máy điện toán, đã viết về mối đe dọa, mà những kẻ cực đoan có thể gây ra nếu chúng phát triển vũ khí hủy diệt hàng loạt có thể tự tái tạo. Ông đã kết luận rằng, có một số lĩnh vực nghiên cứu mà mọi người không nên nỗ lực tìm kiếm những khám phá mới. Năm 2003, Thái tử Charles, khi quan ngại về vấn đề này, đã yêu cầu các thành viên của Hiệp hội Hoàng gia - câu lạc bộ các nhà khoa học lỗi lạc của Vương quốc Anh - đánh giá rủi ro của công nghệ nano và những hệ thống tự tái tạo.
Bất chấp tính chất đáng báo động, kịch bản của Drexler không áp dụng đối với các lắp ráp tự tái tạo hiện đang được phát triển: Chúng cần nguồn điện bên ngoài và những vật liệu đặc biệt. Và dù vũ khí sinh học là một vấn đề nghiêm trọng, nhưng không hề mới: Một cuộc chạy đua vũ trang đã diễn ra trong lĩnh vực sinh học kể từ quá trình tiến hóa bắt đầu. Mối đe dọa trực tiếp hơn cả chính là sản xuất kỹ thuật số có thể được sử dụng để chế tạo vũ khí hủy diệt cá nhân. Một thợ sản xuất súng nghiệp dư đã sử dụng máy in 3D để làm hộp thu cho súng trường bán tự động AR-15. Việc kinh doanh bộ phận này chủ yếu do cơ quan chức năng quy định do có đạn được đặt bên trong và được gắn số sê-ri của sản phẩm. Một tin tặc người Đức đã tạo ra các bản sao 3D chìa khóa còng tay, mà vốn bị cảnh sát kiểm soát nghiêm ngặt. Thậm chí, các sinh viên của một «fab lab» đã chế tạo chiếc chìa khóa chính mà không cần bản gốc của những ổ khóa hành lý được Cơ quan an ninh giao thông Mỹ - TSA phê duyệt. Họ đã chụp X-quang ổ khóa ở «fab lab» và sử dụng các dữ liệu có được để xây dựng mô hình 3D trên máy tính, xác định cấu tạo của chìa khóa chính, rồi sau đó chế tạo các chìa khóa bằng ba cách khác nhau: Trên máy phay điều khiển bằng số, bằng in 3D và cuối cùng bằng tạo khuôn và đúc.
Những câu chuyện như thế cho thấy sự cần thiết của việc mua bán máy in 3D. Qua tham khảo ý kiến về sản xuất kỹ thuật số của hàng chục chuyên gia phân tích tình báo và các nhà lãnh đạo quân sự, một vài người trong số họ đi đến kết luận chắc chắn rằng, việc tiếp cận công nghệ này nên được hạn chế. Một số người cho rằng cần dựa vào các biện pháp kiểm soát như đã được thực hiện đối với máy in laser màu. Khi loại máy in này lần đầu tiên xuất hiện trên thị trường, nó thường được sử dụng để sản xuất tiền giấy giả. Mặc dù tiền giấy giả rất dễ bị phát hiện, nhưng vào năm 1990, Cơ quan Mật vụ Mỹ đã thuyết phục các nhà sản xuất máy in laser gắn mã của mình cho mỗi thiết bị, cho nên mỗi máy in phải in những chấm vàng nhỏ trên mỗi trang. Các dấu chấm không thể nhìn thấy bằng mắt thường, nhưng được mã hóa thời gian, ngày tháng và số sê-ri của máy in mà đã in ra chúng. Năm 2005, Electronic Frontier Foundation - nhóm bảo vệ quyền kỹ thuật số - đã giải mã và công bố dữ liệu của hệ thống này. Điều này dẫn đến sự phản đối kịch liệt của công chúng đối với việc máy in xâm phạm quyền riêng tư, thứ đã trở thành một thực tiễn đang diễn ra, mà không có sự tham gia của cộng đồng và hoạt động kiểm tra, giám sát.
Phương pháp như vậy với máy in 3D có hợp lý hay không? Có ít nhà sản xuất động cơ của máy in laser, vì vậy việc đạt được một thỏa thuận giữa họ đã giúp triển khai được một chính sách nhất định trong ngành này. Không có cơ sở để làm được như vậy đối với máy in 3D. Người ta có thể mua các chi tiết chưa thể tự chế tạo, chẳng hạn như những bộ vi mạch máy tính và các động cơ bước ngoài thị trường: Chúng được sản xuất hàng loạt và được sử dụng cho nhiều mục đích, mà không chịu bất kỳ sự kiểm soát mang tính tập trung nào. Không khó để tự chế tạo các bộ phận chỉ dành cho in 3D, chẳng hạn như bộ nạp sợi và đầu phân phối. Những cỗ máy do các máy khác tạo ra không thể chịu sự điều chỉnh giống như những cỗ máy được một số nhà sản xuất chế tạo.
Ngay cả khi máy in 3D có thể được kiểm soát, nhu cầu đối với vũ khí, mà mang đến những đau khổ cho con người, đã được đáp ứng bởi nguồn cung trên thị trường. Vũ khí rẻ tiền có thể được tìm thấy ở bất cứ đâu trên thế giới. Kinh nghiệm của CBA mà theo đó các «fab lab» hoạt động trong những khu vực xung đột đã cho thấy rằng, chúng được sử dụng như một giải pháp thay thế cho các hành động quân sự. Và mặc dù giới tinh hoa địa phương không nhận thấy công nghệ là mối đe dọa đối với sự tồn tại của mình, nhưng sự hiện diện của nó có thể thách thức quyền lực của họ. Ví dụ, một «fab lab» ở Jalalabad (Afghanistan) đã cung cấp khả năng truy cập internet không dây cho cư dân địa phương, mà từ giờ lần đầu tiên họ có thể tìm hiểu về phần còn lại của thế giới và nói về mình.
Điểm tranh cãi cuối cùng về chế tạo kỹ thuật số liên quan đến việc đánh cắp tài sản trí tuệ. Nếu sản phẩm được lan truyền dưới dạng thiết kế và được sản xuất theo yêu cầu, điều gì có thể ngăn được những thiết kế này không bị sao chép bất hợp pháp? Các ngành công nghiệp như âm nhạc và phần mềm đã phải đối mặt với vấn đề này. Phản ứng tức thì của họ - đó là việc áp dụng công nghệ hạn chế sao chép tệp - đã thất bại. Phần nhiều là vì công nghệ này dễ dàng bị những kẻ muốn gian lận vượt qua, đồng thời nó cũng gây khó chịu cho tất cả những người khác. Quyết định được đưa ra nhằm phát triển các ứng dụng máy tính, giúp đơn giản hóa quy trình mua bán hợp pháp những phần mềm và nhạc. Những tệp mang các thiết kế để phục vụ chế tạo kỹ thuật số có thể được bán theo cách tương tự, tùy thuộc vào sở thích chuyên biệt, theo đó việc sản xuất hàng loạt sẽ không được hỗ trợ.
Việc bảo hộ bằng sáng chế liên quan đến các thiết kế phục vụ chế tạo kỹ thuật số sẽ chỉ có hiệu quả, khi có một số rào cản đối với hành động tiếp cận việc sử dụng sở hữu trí tuệ và nếu hành vi vi phạm có thể xác định được. Điều này áp dụng cho những sản phẩm được sản xuất trong các xưởng đúc có chi phí cao, được tích hợp vào chuỗi sản xuất, nhưng không áp dụng cho các sản phẩm được sản xuất trong «fab lab» sẵn có. Bất kỳ ai có quyền truy cập vào các công cụ đặc biệt sẽ có thể sao chép thiết kế ở bất kỳ đâu; vì vậy không thể kiện cả thế giới. Thay vì hạn chế khả năng truy cập, đã xuất hiện những công ty phát triển tốt, mà chuyên về các phần mềm, khi thoả mái chia sẻ mã nguồn của mình và nhận được các khoản thù lao cho những dịch vụ đó. Việc mở rộng của các phương tiện sản xuất kỹ thuật số hiện nay đang dẫn đến thực tiễn phù hợp trong việc sử dụng thiết bị với mã nguồn mở.
Kế hoạch hoá hoạt động đổi mới sáng tạo
Xã hội không nên lo sợ hoặc phản đối sản xuất kỹ thuật số. Những phương pháp tốt hơn để chế tạo đồ vật có thể giúp hình thành một xã hội tốt đẹp hơn. Lấy ví dụ, «fab lab» ở Detroit, thuộc quyền điều hành của doanh nhân Blair Evans, cung cấp các chương trình cho thanh niên thuộc những nhóm có nguy cơ theo kiểu các cơ quan bảo trợ xã hội. Nó mang đến cho thanh niên cơ hội để thiết kế và tạo ra những thứ dựa trên ý tưởng của chính họ.
Những lợi ích của chế tạo kỹ thuật số có thể được sử dụng theo một số định hướng. Một trong số đó gọi là «từ trên xuống dưới». Năm 2005, Nam Phi đã thành lập mạng lưới «fab lab» quốc gia để thúc đẩy sự đổi mới sáng tạo, thông qua Chiến lược Công nghệ sản xuất tiên tiến quốc gia. Tại Mỹ, nghị sĩ Bill Foster đã đề xuất Dự luật mạng lưới quốc gia «fab lab» vào năm 2010, mà theo đó đã tạo ra một phòng thí nghiệm quốc gia để liên kết các phòng thí nghiệm địa phương. Hệ thống phòng thí nghiệm quốc gia hiện tại đang sở hữu những mặt bằng trị giá hàng tỷ USD, nhưng hầu như không có tác động trực tiếp đến cuộc sống của những người sống xung quanh họ. Dự luật của Foster đề xuất một hệ thống, mà làm cho những phòng thí nghiệm này trở nên dễ tiếp cận hơn đối với mọi người.
Một phương pháp khác - «từ dưới lên trên». Nhiều «fab lab» hiện có, chẳng hạn như ở Detroit, bắt đầu sự tồn tại dưới dạng các tổ chức phi chính thức để đáp ứng nhu cầu địa phương. Sau đó, họ đã tham gia vào các chương trình quy mô khu vực, như Mạng lưới Fab Lab ở Mỹ và FabLab.nl ở Bỉ, Luxembourg và Hà Lan, mà đặt ra các nhiệm vụ vô cùng lớn lao cho các phòng thí nghiệm riêng lẻ, lấy ví dụ như hỗ trợ thành lập các phòng thí nghiệm mới. Các chương trình quy mô khu vực, về phần mình, liên kết với nhau thông qua quỹ quốc tế Fab Foundation, mà sẽ hỗ trợ trong việc giải quyết các nhiệm vụ mang tính toàn cầu, như cung cấp những vật liệu chuyên biệt trên khắp thế giới.
Để bám sát những gì mọi người học hỏi được trong các phòng thí nghiệm này, mạng lưới các phòng thí nghiệm đã tổ chức học viện Fab Academy. Trẻ em làm việc trong các «fab lab» từ xa này đã vượt xa hơn rất nhiều ra ngoài giới hạn của tất cả những cơ hội giáo dục tại địa phương, mà các em sẽ phải đi rất xa để tiếp tục quá trình học trong những cơ sở tiên tiến. Để ngăn chặn tình trạng chảy máu chất xám như vậy, Học viện đã liên kết các phòng thí nghiệm địa phương vào thành một khuôn viên toàn cầu. Cùng với việc tiếp cận các công cụ, sinh viên trong các phòng thí nghiệm này có cơ hội được học hỏi cùng những đồng môn, dưới sự hướng dẫn của các giáo viên địa phương. Họ tham gia vào các bài giảng video tương tác toàn cầu và chia sẻ các dự án và tài liệu học tập của mình trên internet.
Mô hình giáo dục đại học truyền thống cung cấp chỉ đủ số lượng giáo viên, sách và phòng thí nghiệm cho vài nghìn người tiếp cận được cùng một lúc. Học viện Fab Academy giống với internet hơn: Nó được kết nối nội bộ và được quản lý toàn cầu. Sự kết hợp giữa truyền thông kỹ thuật số và sản xuất kỹ thuật số cho phép khuôn viên học viện tiếp cận hiệu quả những sinh viên, mà có thể chia sẻ các dự án sản xuất quy mô cục bộ của mình theo yêu cầu.
Theo số liệu của Hội đồng Khoa học quốc gia, mà là nhóm tư vấn cho Quỹ Khoa học quốc gia Mỹ, số lượng bằng cấp trong các lĩnh vực này không theo kịp với số lượng sinh viên trong các trường cao đẳng. Ngoài ra, nữ giới và các dân tộc thiểu số vẫn chiếm tỷ lệ khá thấp trong các khu vực này. Sản xuất kỹ thuật số đưa ra một lời giải mới cho nhu cầu này ngay từ gốc rễ. Trẻ em có thể đến bất kỳ phòng thí nghiệm nào và sử dụng các công cụ theo sở thích của chúng. Học viện sẽ tìm cách cân bằng giữa sự nhiệt tình phi tập trung của phong trào các nhà sản xuất thô sơ và sự kèm cặp, mà xuất hiện trong quá trình hợp tác sản xuất.
Suy cho cùng, sức mạnh thực sự của «fab lab» không phải ở khía cạnh kỹ thuật, mà là xã hội. Những người có tư duy đổi mới sáng tạo điều hành nền kinh tế tri thức đều có một điểm chung: Thông thường, họ ít khi tuân theo các quy tắc. Để phát minh ra thứ gì đó, mọi người phải hoài nghi các giả định. Họ phải học tập và làm việc trong môi trường có sự an toàn. Mỗi cơ sở giáo dục và nghiên cứu tiên tiến đều có cơ sở vật chất chỉ dành cho vài nghìn người. Bằng cách cung cấp một môi trường thoải mái cho các nhà đổi mới ở những nơi mà họ sinh sống, cuộc cách mạng kỹ thuật số này giúp khai thác được phần lớn tầng lớp trí thức trên thế giới.
Sản xuất kỹ thuật số còn hơn cả in 3D. Nó là một bộ những khả năng đang phát triển để biến dữ liệu điện tử thành các đồ vật, còn đồ vật thành dữ liệu. Phía trước vẫn còn nhiều năm nghiên cứu, trước khi ý tưởng này hoàn toàn được hiện thực hoá, nhưng cuộc cách mạng đã chạy hết tốc lực. Và nó đặt ra cho chúng ta một câu hỏi, mà tất cả đều phải tìm kiếm câu trả lời: Chúng ta sẽ sống, học tập, làm việc và vui chơi như thế nào khi ai cũng có thể làm bất cứ thứ gì gì, ở bất cứ đâu?
Nguyễn Quang Huy
Phó Vụ trưởng Vụ Kinh tế tổng hợp
In bài viết
