Đó là năm 2084. Người công nhân xây dựng bình thường Arnold Schwarzenegger cứ bị ám ảnh với những giấc mơ lặp đi lặp lại về Sao Hỏa. Ông quyết định mình phải đến tận Hành tinh đỏ để tìm hiểu nguồn gốc của những giấc mộng này.

Trên Sao Hỏa, ông thấy những đại đô thị hối hả, những tòa nhà vòm kính lấp lánh và những công trường khai thác mỏ rộng lớn. Một hạ tầng phức tạp gồm các đường ống, dây cáp và máy phát cung cấp năng lượng và oxy đến cho hàng nghìn dân định cư.

Bộ phim Total Recall (Truy tìm ký ức) cho chúng ta thấy viễn cảnh hấp dẫn của một thành phố tương lai trên Sao Hỏa: hào nhoáng, sạch sẽ, thời thượng. Tuy vậy, có một vấn đề nhỏ. Những thành phố tưởng tượng trên Sao Hỏa này được Hollywood dàn dựng tuyệt đẹp, nhưng trong thực tế, nếu xây dựng chúng với công nghệ hiện tại thì chi phí sẽ vượt qua ngân sách cho bất cứ nhiệm vụ NASA nào.

Hình ảnh trong phim Total Recall (1990).

Công nghệ nano

Nên nhớ rằng ban đầu, từng chiếc búa, từng tờ giấy và từng chiếc kẹp giấy đều phải được vận chuyển lên Sao Hỏa, cách Trái Đất hàng chục triệu kilomet. Và nếu vượt ra khỏi Hệ Mặt Trời để đến những ngôi sao láng giềng, nơi mà việc liên lạc ngay tức khắc với Trái Đất là bất khả thi, thì vấn đề còn nhân lên gấp bội.

Thay vì dựa vào hàng tiếp tế từ Trái Đất, ta phải nghĩ ra cách khác để phát triển sự hiện diện trong vũ trụ nhưng không làm sụp đổ ngân khố quốc gia. Câu trả lời có thể nằm ở việc vận dụng làn sóng công nghệ thứ tư. Công nghệ nano và trí tuệ nhân tạo (AI) có thể sẽ thay đổi mạnh mẽ luật chơi.

Cuối thế kỷ 21, những tiến bộ trong công nghệ nano sẽ cho phép ta sản xuất số lượng lớn graphene và ống nano cacbon những vật liệu siêu nhẹ sẽ tạo ra cách mạng trong ngành xây dựng.

Graphene là một mạng phân tử gồm nhiều nguyên tử cacbon gắn kết chặt chẽ với nhau, tạo thành một tấm phẳng cực mỏng, cực bền. Graphene gần như trong suốt và có trọng lượng gần như bằng không, nhưng khoa học chưa biết đến vật liệu nào bền hơn nó – nó cứng hơn thép 200 lần và thậm chí cứng hơn cả kim cương.

Trên lý thuyết, bạn có thể đặt con voi đứng trên một chiếc bút chì, rồi đặt đầu bút chì lên tấm graphene mà không hề làm tổn hại đến tấm graphene đó. Ngoài ra, graphene còn dẫn điện. Các nhà khoa học hiện đã chế tạo được linh kiện bán dẫn kích cỡ phân tử trên tấm graphene. Máy tính trong tương lai có lẽ sẽ được làm từ loại vật liệu này.

Ống nano cacbon là những tấm graphene cuộn lại thành ống dài. Chúng gần như không thể bị phá hỏng và trong suốt đến vô hình. Nếu dây văng của cầu Brooklyn làm bằng ống nano cacbon, cây cầu trông sẽ như đang bồng bềnh giữa không trung.

Nếu quả thực graphene và ống nano cacbon thần kỳ như vậy thì tại sao ta chưa dùng chúng để xây nhà cửa, cầu đường và đường cao tốc? Là vì hiện tại việc tạo ra lượng lớn graphene tinh khiết vẫn còn vô cùng khó khăn. Chỉ một chút xíu tạp chất hoặc khiếm khuyết ở cấp độ phân tử cũng phá hỏng những tính chất vật lý thần kỳ của graphene. Rất khó để tạo ra tấm graphene có kích thước lớn hơn con tem thư.

Nhưng các nhà hóa học hy vọng trong thế kỷ tới, graphene sẽ có thể được sản xuất hàng loạt, nhờ vậy, chi phí xây dựng hạ tầng ngoài không gian sẽ giảm dáng kể. Do graphene cực nhẹ, ta có thể vận chuyển chúng đến các địa điểm vũ trụ xa xôi một cách hiệu quả, thậm chí có thể chế tạo tại chỗ ở hành tinh khác.

Các thành phố được xây dựng hoàn toàn bằng loại chất liệu từ cacbon này sẽ mọc lên trên sa mạc Sao Hỏa. Các tòa nhà đều trong suốt một phần. Trang phục vũ trụ sẽ trở nên siêu mỏng và bó sát. Ôtô sẽ cực kỳ tiết kiệm năng lượng do có trọng lượng cực thấp. Toàn bộ ngành kiến trúc sẽ thay đổi với sự xuất hiện của công nghệ nano.

Nhưng dù có những tiến bộ như thế thì ai sẽ lo thực hiện những công việc nặng nhọc và bụi bặm để xây dựng khu định cư trên Sao Hỏa, khai thác vành đai tiểu hành tinh, hay lập căn cứ trên Titan và các ngoại hành tinh? Trí tuệ nhân tạo có thể mang đến giải pháp.

Tỷ phú Elon Musk với tham vọng phóng 1.000 tàu vũ trụ đưa người lên Sao Hỏa.

AI – ngành khoa học sơ khai

Năm 2016, ngành trí tuệ nhân tạo chấn động trước tin AlphaGo – chương trình máy tính của hãng DeepMind – đã đánh bại Lee Sedol nhà vô địch cờ vây thế giới. Trước đó, nhiều người cho rằng AI phải cần tới vài thập niên nữa mới lập nổi thành tích này. Báo chí bắt đầu than vãn rằng sự kiện trên là cáo phó cho nhân loại. Máy móc cuối cùng đã vượt dòng Rubicon và sẽ sớm chiếm quyền thống trị. Tình hình sẽ không thể đảo ngược được.

AlphaGo là phần mềm trò chơi cao cấp nhất hiện nay. Khi chơi cờ vua, chúng ta có trung bình 20 đến 30 lựa chọn cho mỗi nước đi, nhưng với cờ vây, số lựa chọn khả thi lên tới 250. Thực tế, tổng số nước đi tiềm năng trên bàn cờ vây còn nhiều hơn số lượng nguyên tử trong vũ trụ. Mọi người vẫn nghĩ máy tính khó mà đếm được tất cả các nước đi khả thi, nên sự kiện AlphaGo hạ gục Sedol đã lập tức gây cơn sốt trên truyền thông.

Tuy nhiên, dễ nhận thấy là dù tinh vi cỡ nào, AlphaGo cũng chỉ diễn được một trò mà thôi. Đánh thắng trong môn cờ vây là tất cả những gì nó có thể làm. Như Oren Etzioni, Giám đốc điều hành Viện Trí tuệ Nhân tạo Allen nói: “AlphaGo thậm chí không thể chơi cờ vua. Nó không thể bàn luận về trò chơi. Đứa con 6 tuổi của tôi còn thông minh hơn AlphaGo”.

Dù phần cứng của máy có mạnh mẽ đến đâu thì ta cũng không thể tiến đến, vỗ lưng, chúc mừng nó đã đánh thắng con người và mong được nó đáp lại rành mạch. Cỗ máy này hoàn toàn không biết nó đã làm nên lịch sử trong ngành khoa học. Thật ra, nó còn không biết nó chính là máy móc.

Ta vẫn thường quên rằng robot hiện đại chỉ là những máy móc được gán danh xưng khoa trương, không có khả năng tự nhận thức, óc sáng tạo, hiểu biết cơ bản hay cảm xúc. Chúng có thể thực hiện rất tốt một nhiệm vụ cụ thể, hạn hẹp và lặp đi lặp lại nhưng không thể làm được những nhiệm vụ phức tạp hơn, đòi hỏi kiến thức tổng quát hơn.

Bất chấp việc lĩnh vực AI đã thực sự có những tiến bộ vượt bậc mang tính cách mạng, ta vẫn cần nhìn nhận đúng đắn vấn đề. Nếu so sánh sự phát triển của robot với ngành khoa học tên lửa, ta thấy ngành robot học hiện đã vượt qua giai đoạn của Tsiolkovsky – giai đoạn suy đoán và xây dựng lý thuyết. Ta đã bước sâu vào giai đoạn của Goddard: thiết lập mô hình thật, tuy còn thô sơ nhưng có thể chứng minh lý thuyết nền tảng của ta là chính xác. Tuy nhiên, ta chưa đi đến giai đoạn sau – giai đoạn von Braun, với các robot sáng tạo và mạnh mẽ được xuất xưởng hàng loạt để xây dựng thành phố ở các hành tinh xa xôi.

Đến nay, robot đặc biệt thành công với vai trò là máy móc điều khiển từ xa. Đứng sau tàu Voyager bay qua Sao Mộc và Sao Thổ, tàu Viking đổ bộ lên bề mặt Sao Hỏa hay tàu Galileo và Cassini bay quanh các hành tinh khí khổng lồ là cả một đội ngũ con người điều khiển. Giống với máy bay không người lái, các tàu robot này chỉ đơn giản chấp hành mệnh lệnh của người điều khiển tại Trung tâm điều khiển Pasadena.

Tất cả các “robot” ta xem trên phim ảnh đều là con rối, sản phẩm đồ họa máy tính, hoặc máy móc được điều khiển từ xa. (Con robot yêu thích của tôi trong phim khoa học viễn tưởng là Robby trong Forbidden Planet (Hành tinh cấm). Tuy trông rất hiện đại nhưng thật ra có người ngồi bên trong nó).

Nhưng trong các thập niên vừa qua, cứ 18 tháng là sức mạnh máy tính lại tăng gấp đôi, vậy ta có thể kỳ vọng những gì ở tương lai?

Bước tiếp theo: Người máy thực thụ

Vượt trên robot điều khiển từ xa, mục tiêu tiếp theo của chúng ta là thiết kế người máy thực thụ, tức robot có khả năng tự quyết định và chỉ cần con người can thiệp ở mức độ tối thiểu. Người máy thực thụ sẽ thực hiện công việc ngay khi nghe thấy mệnh lệnh, chẳng hạn: “Nhặt rác lên”. Robot hiện tại chưa có khả năng này. Chúng ta sẽ cần người máy có thể tự khai thác và cải tạo các hành tinh xa xôi, bởi sẽ mất hàng tiếng đồng hồ để liên lạc được với chúng qua tín hiệu radio.

Những người máy thực thụ này sẽ có vai trò thiết yếu để xây dựng căn cứ trên những hành tinh và vệ tinh ở xa. Nên nhớ rằng trong nhiều thập niên tới, số cư dân trong các khu định cư vũ trụ mới chỉ là vài trăm người. Nhân lực khan hiếm và đắt đỏ sẽ là áp lực lớn trong việc xây dựng các thành phố trên những hành tinh xa. Và đây là điểm mà robot sẽ tạo ra sự khác biệt. Ban đầu, nhiệm vụ của chúng là thực hiện những công việc “3D” = dangerous (nguy hiểm), dull (buồn chán) và dirty (bẩn).

Khi xem phim Hollywood, đôi khi ta quên mất vũ trụ nguy hiểm biết chừng nào. Ngay cả khi làm việc ở môi trường trọng lực thấp, robot vẫn đóng vai trò cốt yếu để làm các công việc xây dựng nặng nhọc, mang vác những thanh xà, rầm lớn, phiến bê tông, máy móc cồng kềnh, v.v. mà không gặp mấy khó khăn.

Đây là những việc cần thiết khi xây dựng căn cứ ở thế giới khác. Robot sẽ làm việc hiệu quả hơn rất nhiều so với các phi hành gia phải mang bộ đồ vũ trụ kềnh càng cùng các bình oxy nặng nề, cơ bắp yếu ớt và cử động thì chậm chạp. Trong khi con người nhanh kiệt sức thì robot có thể làm việc liên tục cả ngày lẫn đêm.

Ngoài ra, khi gặp sự cố, robot có thể dễ dàng được sửa chữa và thay thế trong nhiều hoàn cảnh nguy hiểm. Chúng có thể tháo ngòi nổ để mở đất dựng công trường hoặc đường cao tốc, bước vào lửa để giải cứu phi hành gia nếu có hỏa hoạn hoặc làm việc trong môi trường lạnh lẽo ở các vệ tinh tự nhiên xa xôi. Chúng cũng không cần oxy nên sẽ không có nguy cơ bị nghẹt thở, vốn là mối đe dọa thường trực đối với các phi hành gia.

Robot cũng có thể thăm dò những vùng đất nguy hiểm trên các hành tinh xa xôi. Ví dụ, chúng ta chưa rõ về độ bền vững và cấu trúc của các chỏm băng ở Sao Hỏa hay các hồ băng trên Titan, trong khi chúng có thể là nguồn oxy và hydro thiết yếu. Robot có thể thăm dò các ống dung nham ở Sao Hỏa, nơi có thể dùng để tránh các cấp bức xạ nguy hiểm; hoặc chúng có thể khám phá các vệ tinh của Sao Mộc.

Trong khi lóa mặt trời và các tia vũ trụ làm tăng nguy cơ ung thư cho các phi hành gia thì robot có thể làm việc cả ở môi trường bức xạ chết người. Có thể thay thế các bộ phận hao mòn của robot do bức xạ cường độ cao gây ra bằng cách xây dựng và che chắn kỹ càng nhà kho chứa phụ tùng robot.

Ngoài những công việc nguy hiểm, robot còn làm được những việc tẻ nhạt, đặc biệt là những việc lặp đi lặp lại trong chế tạo sản xuất. Bất cứ căn cứ hay vệ tinh hành tinh nào cũng cần số lượng lớn các sản phẩm công nghiệp do robot thực hiện. Điều này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra khu định cư tự duy trì, có thể khai thác khoáng sản tại chỗ và sản xuất ra mọi sản phẩm cần thiết cho căn cứ vệ tinh hoặc hành tinh.

Sau cùng, người máy có thể làm những công việc vấy bẩn. Chúng có thể bảo trì, sửa chữa cống và hệ thống vệ sinh tại các khu định cư ngoài vũ trụ. Chúng cũng có thể làm việc với những chất hóa học hay khí độc hại trong các máy móc thực hiện tái chế và tái xử lý.

Rồi ta sẽ thấy, những người máy có thể tự hoạt động mà không cần con người can thiệp trực tiếp sẽ đóng vai trò thiết yếu đối với các thành phố hiện đại, đường sá, nhà chọc trời và nhà ở mọc lên trên Mặt Trăng cằn cỗi hay sa mạc Sao Hỏa.

Tuy nhiên, câu hỏi tiếp theo là: Đến chừng nào ta sẽ chế tạo được người máy thực thụ? Nếu quên đi những con robot tưởng tượng trên phim ảnh và tiểu thuyết khoa học viễn tưởng thì trình độ công nghệ hiện tại của chúng ta đang ở đâu? Còn bao lâu nữa ta sẽ có những robot có thể xây dựng thành phố trên Sao Hỏa?