Con người đã nâng công nghệ chỉnh sửa gien lên một tầm cao mới, lập kỷ lục thế giới mới về tỷ lệ biến đổi ánh nắng thành điện năng, chữa ung thư bằng miễn dịch thích ứng và lần đầu tiên phát hiện sóng hấp dẫn trong vũ trụ... Đó là những thành tựu tuyệt vời làm thay đổi thế giới mà các nhà khoa học toàn cầu đã gặt hái được trong năm 2016.

1. Chỉnh sửa chất liệu của cuộc sống

Đã hơn 13 năm kể từ khi toàn bộ hệ gien người được giải mã và mỗi năm đều ghi dấu một tiến bộ nhiều hứa hẹn trong lĩnh vực di truyền học. Một trong những đột phá lớn nhất của nó là công nghệ chỉnh sửa gien CRISPR, về cơ bản có thể cho phép các nhà khoa học cắt và dán gien từ các chuỗi ADN. Năm 2012, các chuyên gia phát hiện việc dùng một prôtêin gọi là Cas9 trong CRISPR cho phép chúng xử lý gien với độ chính xác cao, đưa đến những đột phá trong cách điều trị và khả năng đẩy lùi một số bệnh bằng cách loại bỏ hoặc thay thế những gien lỗi.

Năm nay, CRISPR-Cas9 tiếp tục chứng tỏ là một công cụ tuyệt vời, mở ra triển vọng trong cuộc chiến chống mù lòa và HIV, cũng như góp phần nhận diện vi-rút Zika. Nó thậm chí còn giúp tạo ra một bữa ăn ngon từ bắp cải đã được chỉnh sửa gien và được phục vụ lần đầu tiên trong năm 2016. Trước đây, các cuộc thử nghiệm CRISPR-Cas9 chỉ giới hạn trên động vật và các món ăn trong phòng thí nghiệm, nhưng năm nay, kỹ thuật này lần đầu tiên thử nghiệm trên người – một bệnh nhân ung thư phổi. CRISPR-Cas9 đã giúp loại bỏ một gien ức chế hệ miễn dịch thường được kích hoạt bởi các tế bào ung thư, với hy vọng các tế bào được biến đổi có thể "xóa sổ" khối u. Nghiên cứu này dự kiến sẽ hoàn thành vào tháng 4-2018.

2. Tìm thấy "sóng hấp dẫn" – phát hiện lịch sử của nhân loại

Gần một thế kỷ trước, thiên tài vật lý Albert Einstein tiên đoán rằng những sự kiện dữ dội trong vũ trụ có thể gây ra những gợn sóng trong không-thời gian. Ông gọi những gợn sóng đó là sóng hấp dẫn, lâu nay vẫn chỉ là giả thuyết.

Nhưng vào ngày 11-2, các nhà khoa học tại Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser tiên tiến (Advanced LIGO) thông báo rằng máy dò độ nhạy cao của họ đã thực sự thu được sóng hấp dẫn phát ra khi hai lỗ đen khổng lồ va vào nhau 1,3 tỉ năm về trước. Đến ngày 15-6, nhóm chuyên gia LIGO tiếp tục tuyên bố hệ thống của họ, trong đó sử dụng các giao thoa kế laser, đã thu được loạt sóng hấp dẫn thứ hai. Các nhà khoa học xác định vụ va chạm này là giữa hai lỗ đen nhỏ hơn.

3. Cánh tay robot có xúc giác

Giới khoa học đang làm việc chăm chỉ để giúp những người bị mất một cánh tay do chiến tranh, tai nạn hoặc mất khả năng kiểm soát cánh tay vì bệnh tật phục hồi càng giống bình thường càng tốt.

Hồi đầu năm, một người đàn ông bị mất bàn tay do tai nạn đã thử dùng một ngón tay giả kết nối với các dây thần kinh trong cánh tay, giúp ông phân biệt giữa các bề mặt gồ ghề và trơn láng chính xác tới 96%. Cuối năm nay, một người khác bị liệt sau tai nạn xe hơi năm 2004 cũng đã được gắn một cánh tay robot có trang bị các cảm biến nối trực tiếp tới não, cho phép ông cảm nhận được cảm giác sờ và áp lực trên từng ngón tay.

Với việc các chuyên gia tại Đại học John Hopkins đang phát triển các công cụ giúp điều khiển các ngón tay robot bằng ý nghĩ và DARPA được Cục Quản lý Thực-Dược phẩm Mỹ (FDA) cấp phép tiếp thị cánh tay robot DEKA có khả năng thực hiện những động tác khéo léo, sự trở ngại do mất cánh tay có thể sớm trở thành quá khứ.

4. Phát triển bộ phận cơ thể trong phòng thí nghiệm

Năm 2016 đã chứng kiến nhiều tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực nuôi cấy bộ phận cơ thể trong phòng thí nghiệm, từ khớp nối xương thay thế phần xương bị thoái hóa và mô mắt phục hồi thị lực cho thỏ bị mù, cho đến não mini dùng thay cho việc thử nghiệm trên động vật và mô gan cho phép chuyên gia kiểm tra độ an toàn của thuốc mới. Đây cũng là năm Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) thông báo cuộc thi có giải thưởng tới 500.000 USD nhằm phát triển mô người trong phòng thí nghiệm có đủ chức năng, mà họ cho có thể giúp nghiên cứu những tác động trong không gian mà không cần dùng đến người thật.

Đáng chú ý nhất năm có lẽ là sự kiện FDA phê duyệt "tụy nhân tạo" – hệ thống được thiết kế nhằm giúp bệnh nhân tiểu đường giám sát và tiêm insulin tự động.

5. Những phát minh lấy cảm hứng từ thiên nhiên

Nhiều nhà nghiên cứu dựa vào thế giới tự nhiên để lấy cảm hứng cho những phát minh của họ, và 2016 đã ghi nhận nhiều đột phá ấn tượng đến từ động vật. Theo đó, các nhà khoa học đã điều nghiên bạch tuộc để tìm cách tạo ra chất keo thế hệ mới nhạy cảm với nhiệt độ; nghiên cứu tôm tít để chế tạo đôi mắt robot và cải tiến áo giáp; hay khai thác đặc điểm của lông con cú để cải thiện thiết kế tua-bin.

Ngoài lấy cảm hứng từ thế giới động vật, một số phát minh còn tận dụng nguồn nguyên liệu từ thiên nhiên. Đơn cử, nghiên cứu tại Đại học Pittsburgh phát hiện vật liệu sinh học mà cá ngựa dùng để tái tạo tim của chính nó đã giúp phục hồi trái tim chuột bị tổn thương.

6. Những phát hiện trái các quy luật vật lý

Những người giành giải Nobel Vật lý năm nay đã làm thay đổi các giả định truyền thống trong ngành vật lý, bằng cách chứng minh rằng khi vật chất được đặt dưới điều kiện khắc nghiệt, nó biến đổi sang dạng hiếm thấy hơn. Nhưng họ không phải là những người duy nhất phát hiện ra trường hợp ngoại lệ so với các định luật vật lý được chấp nhận của vũ trụ.

Tháng 4-2016, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge của Mỹ cho biết họ đã tìm ra một trạng thái mới lạ của nước gọi là "đường hầm" (ảnh), chứng tỏ ngoài 3 trạng thái phổ biến như rắn, lỏng và khí, nước còn tồn tại ở trạng thái thứ 4 khi đặt dưới áp lực cao trong không gian cực kỳ nhỏ hẹp. Trong khi đó, nhóm nghiên cứu tại Đại học California-San Diego, Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Đại học Harvard lại tạo ra các hạt mang năng lượng mới ở cấp độ nano gọi là plexcitons – một sự kết hợp giữa các hạt exciton và plasmon. Còn ở Úc, các nhà nghiên cứu "đóng băng" chuyển động của ánh sáng trong một đám mây nguyên tử rubidium cực lạnh, chiếu nó bằng một tia laser và đưa ngành điện toán lượng tử thực hành tiến gần hơn với thực tế.

7. Kỷ lục chuyển đổi năng lượng tái tạo

Bằng cách sử dụng một lăng kính để chia ánh sáng Mặt trời thành 4 băng tần, các nhà khoa học tại Úc đã đạt hiệu suất chuyển đổi ánh nắng thành điện tới 34,5%, vượt xa kỷ lục trước đó là 24%. Trong khi đó, đồng nghiệp của họ tại Đại học Quốc gia Úc tuyên bố có thể chuyển hóa ánh nắng thành hơi nước với hiệu suất rất cao, 97%. Và mới đây nhất, nhóm nghiên cứu tại Đại học New South Wales ở Sydney cũng lập một kỷ lục mới về hiệu suất của pin Mặt trời perovskite, với tỷ lệ 12,1%. Pin perovskite có thể trở thành vật liệu quang năng của tương lai vì nó rất đơn giản và rẻ tiền khi sản xuất, mà lại sở hữu đặc tính mềm dẻo, có thể phun trên các bề mặt.

Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) cho biết các nguồn năng lượng tái tạo như ánh nắng, gió và sóng biển đã qua mặt than đá trở thành nguồn cung sản lượng điện lớn nhất thế giới (đã được lắp đặt). Ví dụ, nhà máy điện Mặt trời lớn nhất thế giới đã chính thức hoạt động ở Ấn Độ (ảnh), hai nhà máy quang năng rộng lớn ở Úc đã khai trương; Dự án năng lượng thủy triều qui mô lớn đầu tiên của thế giới đã khởi động ở Scotland; trạm năng lượng sóng đầu tiên ở châu Âu bắt đầu hoạt động ở Gibraltar và trang trại gió ngoài khơi đầu tiên của Mỹ cũng đã vận hành ở ngoài khơi đảo Block, Rhode Island.

8. Năng lượng tinh khiết

Ngoài khai thác các nguồn năng lượng tái tạo như nắng, gió và nước, các nhà nghiên cứu còn tiến hành một số bước hướng tới mục tiêu một ngày nào đó sẽ phát điện ở cấp độ nguyên tử thông qua phản ứng nhiệt hạch.

Tại Đức, lò phản ứng Wendelstein 7-X (khởi động cuối năm 2015) đã được làm nóng đến mức nhiệt khoảng 80 triệu độ và dùng để nghiền các nguyên tử hyđrô nhằm thay đổi trạng thái của khí này. Thủ tướng Đức Angela Merkel – Tiến sĩ vật lý lượng tử – đã nhấn nút khởi động một thử nghiệm nhằm biến đổi một lượng nhỏ khí hyđrô thành plasma và giữ nó trong 1/4 giây. Các nhà khoa học Trung Quốc thậm chí còn làm tốt hơn, khi Lò phản ứng hạt nhân Thực nghiệm Tiên tiến Siêu dẫn Tokamak (EAST) của họ giữ được plasma hyđrô tới 102 giây.

Tuy những tiến bộ này chưa thực sự tạo ra phản ứng nhiệt hạch hữu dụng, nhưng chúng đang mở ra triển vọng duy trì plasma hyđrô trong trường điện lâu dài để khai thác như một nguồn năng lượng sạch sẽ và gần như vô tận.

9. Chữa bệnh

Mặc dù hóa trị, xạ trị và phẫu thuật hiện được xem là "vũ khí" lớn nhất của con người trong cuộc chiến chống ung thư, liệu pháp miễn dịch thích ứng (hệ miễn dịch cơ thể được điều khiển để chống lại bệnh) đang mang đến nhiều hứa hẹn. Đơn cử, một nghiên cứu trong năm 2016 cho thấy 27/29 bệnh nhân ung thư máu đã không còn dấu hiệu bệnh trong tủy xương sau khi áp dụng miễn dịch thích ứng. Hay tại Đức, các nhà khoa học cho biết nghiên cứu của họ mở ra triển vọng phát triển một loại vắc-xin ung thư giá rẻ.

Năm nay, các nhà nghiên cứu cũng dần hiểu rõ hơn về Alzheimer và cách chống lại căn bệnh làm sa sút trí tuệ ở người lớn tuổi này. Theo đó, họ phát hiện một loại enzyme có thể đơn giản hóa việc điều trị giống như cách mà chúng ta chữa cholesterol cao; tìm thấy một hợp chất làm giảm các triệu chứng Alzheimer và cả Parkinson (hội chứng liệt rung) ở loài ruồi giấm; phát triển phương pháp xét nghiệm máu chẩn đoán Alzheimer chính xác 100% trong các thử nghiệm lâm sàng.

10. Thế giới vật liệu

Hàng loạt vật liệu mới đã được các nhà nghiên cứu tạo ra trong năm 2016. Đó là miếng xốp bằng kim loại nhẹ (ảnh) có thể biến những viên đạn xuyên áo giáp thành bụi; thép siêu chắc có khả năng phục hồi hình dạng chứ không gãy; thủy tinh kim loại có tính đàn hồi cao; vật liệu gốm mỏng như giấy có thể chịu được nhiệt độ lên tới 1.200°C trong 24 giờ; hợp kim vàng/titan mạnh gấp 4 lần so với titan…

HOÀNG ĐIỂU (Theo New Atlas)