Dự án Cờ Lụa Graphene của EU đã đạt được mục tiêu 10 năm chưa?

Vào mùa xuân năm 2010, nhà vật lý Jari Kinaret nhận được một email từ Ủy ban Châu Âu. Cơ quan quản lý của EU đang tìm kiếm đề xuất từ các nhà khoa học cho các dự án siêu lớn mới có ambisious. Được biết đến với cái tên là Cờ Lụa, những sáng kiến sẽ tập trung vào các đổi mới có thể biến đổi cảnh khoa học và công nghiệp châu Âu.

Kinaret, một giáo sư tại Trường Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển, đã xem xét các đề xuất ban đầu.

“Tôi không ấn tượng lắm,” người 60 tuổi nói với TNW. “Tôi nghĩ họ có thể tìm ra ý tưởng tốt hơn.”

Ngẫu nhiên, Kinaret có một ý tưởng riêng: nuôi cấy graphene. Anh quyết định gửi đề xuất cho sự xem xét.

Đề xuất đó đã đặt nền móng cho Dự án Cờ Lụa Graphene: chương trình nghiên cứu lớn nhất từng có ở châu Âu. Khởi đầu từ năm 2013 với ngân sách 1 tỷ euro, dự án nhằm đưa “vật liệu kỳ diệu” này vào phổ thông trong vòng 10 năm.

Trước thời hạn đó, TNW đã nói chuyện với Kinaret về tiến triển của dự án trong thập kỷ qua — và hy vọng của anh cho thập kỷ tiếp theo.

Graphene đến châu Âu

Các nhà khoa học đã theo đuổi tờ duy nhất gồm nguyên tử carbon tạo thành graphene từ năm 1859, nhưng sự tồn tại của nó không được xác nhận cho đến năm 2004. Đột phá lớn được kích thích bởi một sản phẩm đơn giản đáng chú ý: băng dính dính.

Andre Geim và Konstantin Novoselov, hai nhà vật lý tại Đại học Manchester, thường xuyên tổ chức “Thử nghiệm thứ Sáu tối,” nơi họ khám phá những ý tưởng kỳ cục. Trong một buổi như vậy, băng dính dính được sử dụng để trích xuất lá nhỏ từ một tảo graphite. Sau khi tách rời các mảnh mỏng nhất nhiều lần, họ tạo ra các lá chỉ một nguyên tử dày. 

Các nhà nghiên cứu đã tách biệt graphene — vật liệu hai chiều đầu tiên được phát hiện.

Thế giới khoa học rộn ràng với sự hứng thú. Graphene là vật liệu mỏng nhất được biết đến trong vũ trụ, mạnh nhất đã từng được đo lường, dai hơn cao su và dẫn điện hơn đồng. 

Năm 2010, Geim và Novoselov đã đoạt giải Nobel vì phát hiện của họ. Ban giải thưởng tưởng tượng vô số ứng dụng: màn hình cảm ứng, bảng ánh sáng, pin mặt trời, vệ tinh, khí tượng học, và, ờ, chiếc võng gần như tàng hình cho mèo.

Kinaret nhận ra tiềm năng đó. Ba năm sau, anh đứng đầu chiến dịch của EU để đưa graphene từ phòng thí nghiệm ra thị trường.

Sự hào nhoáng so với hiện thực

Việc thương mại hóa graphene không bao giờ dễ dàng. Nghiên cứu cho biết rằng các đổi mới thường mất từ năm năm đến bảy thập kỷ để phát triển từ sáng chế thành sản phẩm chiếm phần lớn thị trường. Quá trình tiến triển sẽ chậm — nhưng những người quan sát đã trở nên không kiên nhẫn.

Làm giám đốc của Flagship, Kinaret phải quản lý những kỳ vọng đầy hứng thú như vậy. Trong các cuộc nói chuyện, anh thường xuyên đề cập đến chu kỳ hồi sinh của Gartner, một biểu đồ mô tả cách công nghệ mới phát triển.

Dòng thời gian bắt đầu từ một đột phá gây sự hứng thú của truyền thông. Trong trường hợp của graphene, các nhà báo sớm tuyên bố rằng vật liệu này sẽ thay thế silic.

“Graphene không thể thay thế silic,” Kinaret nói. “Graphene là một nửa kim loại; nó không phải là bán dẫn.”

Khi hiện thực không đáp ứng được những kỳ vọng quá mức, sự quan tâm giảm và đầu tư suy giảm. Gartner mô tả giai đoạn này như “đỉnh thất vọng.” Graphene dường như đã vượt qua giai đoạn nguy hiểm này, phần lớn nhờ cam kết dài hạn của EU. 

Các nhà đầu tư còn lại thường mang tính thực tế và kiên nhẫn hơn. Bây giờ, mục tiêu của họ là sự tiếp nhận rộng rãi.

“Đó là điều chúng tôi hứa — và đã thực hiện.

Ban đầu, nhiều đối tác thương mại tiết kiệm đầu tư của họ. Một công ty châu Âu rất lớn chỉ có ngân sách 20.000€ trong 30 tháng — “đủ để mua cà phê cho những người làm việc trên dự án, nhưng không đủ để làm bất cứ điều gì quan trọng,” Kinaret nhớ lại.

Để tăng sự tham gia của họ, Flagship cần được tin tưởng, điều này làm thách thức vì các thương hiệu cạnh tranh sẽ phải làm việc cùng nhau. Nokia, ví dụ, sẽ phải hợp tác với Ericsson.

“Một khía cạnh của sự tin cậy mà mọi người cần là tin rằng điều này là thực sự,” Kinaret nói. “Một khía cạnh khác là các thành viên cần tin tưởng lẫn nhau.”

Sự tham gia hiện tại của Flagship cho thấy tin tưởng đã được đảm bảo. Tỷ lệ doanh nghiệp đã tăng từ 15% lên khoảng 50% ngày nay. Nửa còn lại là tổ chức nghiên cứu hoặc đại học. 

Kinaret mô tả sự tăng trưởng của sự tham gia công nghiệp là phát triển chính của Flagship.

“Đó là điều chúng tôi hứa, và đó là điều chúng tôi đã thực hiện,” ông nói.

Từ phòng thí nghiệm đến nhà máy

Khoảng 100 sản phẩm đã xuất hiện từ Graphene Flagship. Đa số là công nghệ từ doanh nghiệp đến doanh nghiệp, như lớp phủ nhiệt cho ô tô đua và bao bì thân thiện với môi trường cho thiết bị điện tử. Sản phẩm dành cho người tiêu dùng đã chậm trong quá trình thương mại hóa.

Kinaret nổi bật một số sản phẩm ưa thích của mình. Một trong số đó là Qurv, một công ty con tây Ban Nha sản xuất cảm biến dựa trên graphene, mà các ô tô có thể sử dụng để phát hiện người đi bộ trong sương mù và mưa.

“Hiện nay đã có các bộ cảm biến thực hiện công việc tương tự, nhưng giá có thể lên đến khoảng 500 đô la mỗi chiếc,” Kinaret nói. “Các bộ cảm biến graphene có thể có giá khoảng 1 đô la mỗi chiếc. Điều này sẽ thay đổi toàn bộ thị trường.” 

Một điểm nổi bật khác đối với Kinaret là Inbrain Neuroelectronics. Công ty khởi nghiệp này đang phát triển các cấy ghép dựa trên graphene có thể giám sát tín hiệu não và điều trị các rối loạn thần kinh.

Các thiết bị có thể kích thích não để kiểm soát những cơn rung do bệnh Parkinson gây ra. Electrode truyền thống cũng có thể đạt được điều này, nhưng chúng cứng hơn nhiều so với graphene có độ linh hoạt cao.

“Não giống như một viên cục thạch — nó luôn di chuyển,” Kinaret nói. “Nếu bạn đặt một chiếc điện cực cứng ở đó, nó sẽ dẫn đến việc hình thành sẹo.”

Kinaret cũng hào hứng với triển vọng của khoa học cơ bản. Năm 2018, đối tác của Graphene Flagship tiết lộ rằng hơn 2,000 vật liệu có thể tồn tại dưới dạng 2D. Không phải tất cả đều ổn định, nhưng một số trong số chúng là trọng tâm của nghiên cứu tích cực. 

“Bạn có thể tạo ra các vật liệu siêu dẫn điện.

Một số nghiên cứu đang khám phá những gì có thể đạt được bằng cách xếp các chất liệu này thành nhiều lớp.

“Bạn có thể phát triển chúng sao cho có một góc xoay rất cụ thể giữa các lớp khác nhau, có nghĩa là chúng hơi lệch nhau một chút. Góc lệch này là một tham số mới rất quan trọng,” Kinaret nói.

“Bằng cách điều chỉnh góc lệch này, bạn có thể tạo ra các vật liệu siêu dẫn điện và có những tính chất quang học rất thú vị. Chỉ khoảng bốn năm trở lại đây, chúng ta mới chỉ nghiên cứu cơ bản về điều này, và nó vẫn còn khá xa vời so với ứng dụng. Nhưng nó mở ra những khả năng thú vị cho tương lai.”

Nhiệm vụ hoàn thành?

Kinaret tự hào về những thành tựu của Flagship. Anh tin rằng sáng kiến đã vượt qua các mục tiêu của mình một cách đáng kể.

Dữ liệu có vẻ ủng hộ những khẳng định của ông. Ủy ban Châu Âu nhằm biến mỗi 10 triệu euro được đầu tư thành một đơn đăng ký bằng sáng chế. Theo Kinaret, Flagship có hơn 10 lần yêu cầu đó. Ông thêm rằng mục tiêu về các bài báo khoa học cũng đã vượt qua một yếu tố tương tự.

Vẫn còn những thách thức cần vượt qua. Trong lĩnh vực điện tử, ví dụ, graphene chất lượng cao phải được chuyển từ cơ sở mà nó được trồng lên và đặt lên hệ thống mà nó được sử dụng. Flagship có thể thực hiện điều đó thủ công tốt, nhưng việc tự động hóa quy trình trên quy mô công nghiệp đã khó khăn hơn.

Tuy nhiên, Kinaret nhắc nhở đội ngũ rằng họ nên duy trì tinh thần lạc quan. 

“Các kỹ sư thường là lạc quan trong tương lai ngắn hạn và bi quan trong tương lai dài hạn,” ông nói. “Họ mong đợi tiến triển nhanh chóng hơn so với những gì nó thực sự là, nhưng cuối cùng, họ đánh giá thấp tác động của các công nghệ mới.”

Trong tương lai, Kinaret kỳ vọng Châu Âu sẽ trở thành một trung tâm năng lượng graphene. Flagship đã đưa châu lục này vượt qua Hoa Kỳ trong cuộc đua vào mainstream.

Tuy nhiên, ông thừa nhận rằng những người ngoại đạo vẫn đặt câu hỏi về graphene là gì và có thể làm gì.

Nếu chúng ta đến tới tình huống mà một sự 'ngạc nhiên là gì?' đã được thay thế bởi 'vậy thì sao?' bởi nó đã trở thành điều rất phổ biến hoặc thông thường... thì chúng ta sẽ đã làm được điều đó.