Nhật Bản xây phòng thí nghiệm tự động hóa 100%, robot và AI là 'nhân sự chính'

Nhằm thúc đẩy năng lực nghiên cứu khoa học và rút ngắn khoảng cách với Mỹ và Trung Quốc, Chính phủ Nhật Bản đang lên kế hoạch xây dựng một phòng thí nghiệm tự động hóa hoàn toàn, nơi trí tuệ nhân tạo (AI) và robot sẽ đảm nhiệm phần lớn hoạt động nghiên cứu sinh học 24 giờ mỗi ngày. Mô hình này được kỳ vọng sẽ tạo ra bước đột phá trong lĩnh vực phát triển dược phẩm và vật liệu mới, đồng thời nâng cao hiệu quả nghiên cứu trong bối cảnh nguồn nhân lực khoa học của Nhật Bản đang có xu hướng suy giảm.

Theo kế hoạch, Bộ Giáo dục, Văn hóa, Thể thao, Khoa học và Công nghệ Nhật Bản sẽ đầu tư khoảng 8 tỷ yên (tương đương gần 50 triệu USD) trong giai đoạn hai năm kể từ năm tài khóa 2026. Mục tiêu là đưa phòng thí nghiệm vào vận hành từ năm tài khóa 2027.

Đơn vị nòng cốt của dự án là Viện Khoa học Phân tử (Institute for Molecular Science), một tổ chức liên đại học có thế mạnh trong các lĩnh vực nghiên cứu sinh học và công nghệ sinh học như chức năng não bộ. Bên cạnh đó còn có sự tham gia của khoảng 10 tổ chức nghiên cứu và phát triển khác, bao gồm Viện Khoa học Tokyo, Viện Quốc gia về Khoa học Sinh lý học và Viện Tin học Quốc gia – đơn vị phát triển AI hàng đầu của Nhật Bản.

Theo Nikkei, dự án sẽ tập trung vào các lĩnh vực công nghệ sinh học như nghiên cứu gene, protein và hoạt động của não bộ. Toàn bộ dữ liệu được tạo ra trong quá trình nghiên cứu sẽ được chuẩn hóa theo định dạng phù hợp cho việc phân tích bằng AI. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra các kết quả nghiên cứu có khả năng ứng dụng thực tiễn trong phát triển thuốc mới cũng như các loại vật liệu chức năng tiên tiến.

AI VÀ ROBOT THAY ĐỔI CÁCH THỨC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Điểm khác biệt lớn nhất của phòng thí nghiệm mới nằm ở việc AI không chỉ hỗ trợ phân tích dữ liệu mà còn đóng vai trò điều phối toàn bộ quy trình nghiên cứu.

Hệ thống sẽ được trang bị các robot có khả năng thực hiện nhiều công đoạn trong phòng thí nghiệm như tổng hợp hóa chất, pha chế thuốc thử, tiến hành thí nghiệm và phân tích kết quả. Trong khi đó, AI sẽ liên tục xử lý dữ liệu thu được, đánh giá kết quả, đề xuất hướng điều chỉnh và đưa ra chỉ dẫn cho robot thực hiện các bước tiếp theo.

Quá trình này tạo thành một vòng lặp nghiên cứu tự động, trong đó AI vừa là công cụ phân tích vừa đóng vai trò như một “nhà điều phối nghiên cứu”, liên tục tối ưu hóa các thí nghiệm dựa trên kết quả thực tế.

Nhờ khả năng hoạt động liên tục không gián đoạn, hệ thống có thể vận hành 24 giờ mỗi ngày, 7 ngày mỗi tuần, giúp tăng đáng kể tốc độ nghiên cứu so với mô hình truyền thống vốn phụ thuộc nhiều vào thời gian làm việc của con người.

Một điểm đáng chú ý khác là dữ liệu của phòng thí nghiệm sẽ được chia sẻ thông qua nền tảng điện toán đám mây. Các nhà nghiên cứu trên khắp Nhật Bản có thể truy cập từ xa, yêu cầu thu thập dữ liệu theo nhu cầu hoặc đề xuất điều chỉnh kế hoạch nghiên cứu mà không cần trực tiếp có mặt tại cơ sở.

Mô hình này được kỳ vọng sẽ tạo ra môi trường nghiên cứu mở, nơi các nhà khoa học có thể khai thác năng lực của phòng thí nghiệm từ bất kỳ đâu, đồng thời tận dụng nguồn dữ liệu lớn được cập nhật liên tục.

CUỘC ĐUA TOÀN CẦU VỀ PHÒNG THÍ NGHIỆM TỰ ĐỘNG HÓA

Nhật Bản không phải là quốc gia duy nhất theo đuổi xu hướng tự động hóa nghiên cứu khoa học. Trong những năm gần đây, nhiều tổ chức nghiên cứu tại Mỹ và châu Âu đã bắt đầu triển khai các hệ thống AI kết hợp robot nhằm nâng cao năng suất nghiên cứu.

Việc ứng dụng AI vào hoạt động khoa học được xem là bước tiến mới sau làn sóng AI tạo sinh, khi công nghệ này không chỉ hỗ trợ xử lý thông tin mà còn trực tiếp tham gia vào quá trình khám phá tri thức mới.

Một ví dụ tiêu biểu là dự án đang được triển khai tại Đại học Carnegie Mellon của Mỹ. Theo một số ước tính, hệ thống nghiên cứu tự động tại đây có thể giúp năng suất nghiên cứu tăng hơn bảy lần, đồng thời gần gấp đôi số lượng công trình khoa học được công bố mỗi năm.

Sự phát triển nhanh chóng của lĩnh vực này cũng đang mở ra một thị trường mới đầy tiềm năng. Theo dự báo của công ty nghiên cứu thị trường Global Information, quy mô thị trường toàn cầu dành cho các hệ thống tự động hóa nghiên cứu khoa học có thể đạt khoảng 12,2 tỷ USD vào năm 2030, tăng khoảng 40% so với hiện nay.

Đối với Nhật Bản, việc đầu tư vào phòng thí nghiệm vận hành bằng AI còn xuất phát từ những thách thức nội tại của hệ thống nghiên cứu quốc gia. Số lượng bằng tiến sĩ được cấp tại nước này đã có xu hướng giảm kể từ khi đạt đỉnh vào năm tài khóa 2006. Trong khi đó, Nhật Bản hiện đang tụt lại phía sau Mỹ và Trung Quốc về số lượng các công trình nghiên cứu chất lượng cao, chỉ xếp ở nhóm thứ hạng ngoài tốp đầu thế giới.