Chúng ta đã quá quen với cáp quang làm bằng thủy tinh hay nhựa, nhưng để đáp ứng tốc độ hàng terabit của mạng 6G trong tương lai, các nhà khoa học đang tính đến một vật liệu hoàn toàn mới: tơ tằm.
Ảnh: Shutterstock
Cáp quang đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc đưa Internet tốc độ cao đến các thiết bị gia đình, đồng thời là xương sống cho hạ tầng của các nhà mạng. Ngay cả mạng 5G không dây hiện tại cũng phải dựa vào hệ thống cáp quang để truyền tải dữ liệu.
Thế nhưng, tương lai thuộc về mạng 6G. Ngành công nghiệp viễn thông đang hướng tới tốc độ terabit, đi kèm với những lời hứa hẹn từng thấy ở thời 5G như phẫu thuật từ xa, xe tự lái hay thực tế ảo. Để đạt được băng thông khủng đó, toàn bộ hạ tầng mạng sẽ phải tăng năng lực xử lý lên gấp nhiều lần. Điều này đòi hỏi truyền dẫn quang phải có sự nâng cấp mạnh mẽ, thậm chí là sử dụng những chất liệu truyền dẫn hoàn toàn mới.
Ảnh: Getty Images
Tuy nhiên, giới nghiên cứu đang đưa tơ tằm – vốn là nguyên liệu dệt may cao cấp – vào tầm ngắm. Nhờ cấu trúc định hướng dạng hình học ổn định, cấu trúc tầng tích hợp, tính xuyên sáng, độ dẻo và lực kéo tốt, tơ tằm trở thành ứng viên sáng giá có thể kết hợp ưu điểm của cả thủy tinh lẫn nhựa.
Rào cản lớn nhất trước đây là các sợi tơ tự nhiên bị bao bọc bởi một lớp lưới protein rất khó xử lý. Những phương pháp tách lớp protein này thường tốn rất nhiều nước, hóa chất, thời gian và tiền bạc.
Mới đây, nhóm nghiên cứu từ Đại học Queen Mary London, Đại học Hoàng gia London và Đại học Tufts đã công bố một phương pháp đơn giản hơn nhiều trên tạp chí Nature Sustainability. Họ chỉ cần áp dụng áp lực và nướng tơ tằm ở nhiệt độ khoảng 420 độ F (tương đương 215 độ C) – mức nhiệt hoàn toàn có thể đạt được bằng lò nướng thông thường.
Kết quả cho thấy, tơ tằm được xử lý bằng nhiệt ép có lực kéo và độ linh hoạt tốt hơn so với cách ngâm hóa chất truyền thống. Quan trọng hơn, sợi tơ sau xử lý có khả năng truyền tín hiệu ánh sáng ở tần số terahertz với độ chính xác cao, ngay cả khi bị xoắn lại. Phương pháp này cũng hoạt động tốt trên nhiều loại tơ khác nhau, bao gồm cả tơ nhện biến đổi gen.
Trong khi các nhà sản xuất chip đang nỗ lực thu hẹp khoảng cách giữa bộ phát và modem không dây, phần hạ tầng dây dẫn phía sau lại phức tạp hơn. Tơ tằm có thể đóng vai trò như một vật liệu đa năng, vừa làm tốt nhiệm vụ toàn diện như nhựa, vừa đảm bảo chất lượng truyền dẫn cao như thủy tinh tùy thuộc vào cách xử lý nhiệt.
Dĩ nhiên, thách thức vẫn còn đó. Tơ tằm là sản phẩm nuôi trồng và thu hoạch, khác hoàn toàn với việc tổng hợp nhân tạo như nhựa hay khai thác như thủy tinh. Các nhà khoa học sẽ cần thêm thời gian để đánh giá chính xác tác động của tơ tằm đối với thị trường cáp quang. Mạng 6G dự kiến sẽ được triển khai rộng rãi vào những năm 2030, nên thời gian hiện tại chính là lợi thế lớn nhất để giới nghiên cứu tiếp tục hoàn thiện công nghệ này.
Ảnh: Shutterstock
Cáp quang đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc đưa Internet tốc độ cao đến các thiết bị gia đình, đồng thời là xương sống cho hạ tầng của các nhà mạng. Ngay cả mạng 5G không dây hiện tại cũng phải dựa vào hệ thống cáp quang để truyền tải dữ liệu.
Thế nhưng, tương lai thuộc về mạng 6G. Ngành công nghiệp viễn thông đang hướng tới tốc độ terabit, đi kèm với những lời hứa hẹn từng thấy ở thời 5G như phẫu thuật từ xa, xe tự lái hay thực tế ảo. Để đạt được băng thông khủng đó, toàn bộ hạ tầng mạng sẽ phải tăng năng lực xử lý lên gấp nhiều lần. Điều này đòi hỏi truyền dẫn quang phải có sự nâng cấp mạnh mẽ, thậm chí là sử dụng những chất liệu truyền dẫn hoàn toàn mới.
Tơ tằm có gì mà lại làm được cáp quang?
Thủy tinh và nhựa từ lâu đã là hai vật liệu chính để truyền xung ánh sáng trong cáp quang. Nhựa có chi phí rẻ, độ dẻo cao nên hay dùng cho kết nối hộ gia đình, trong khi thủy tinh đảm bảo độ toàn vẹn tín hiệu tốt hơn nên thường xuất hiện trong các trung tâm dữ liệu.Ảnh: Getty Images
Tuy nhiên, giới nghiên cứu đang đưa tơ tằm – vốn là nguyên liệu dệt may cao cấp – vào tầm ngắm. Nhờ cấu trúc định hướng dạng hình học ổn định, cấu trúc tầng tích hợp, tính xuyên sáng, độ dẻo và lực kéo tốt, tơ tằm trở thành ứng viên sáng giá có thể kết hợp ưu điểm của cả thủy tinh lẫn nhựa.
Rào cản lớn nhất trước đây là các sợi tơ tự nhiên bị bao bọc bởi một lớp lưới protein rất khó xử lý. Những phương pháp tách lớp protein này thường tốn rất nhiều nước, hóa chất, thời gian và tiền bạc.
Mới đây, nhóm nghiên cứu từ Đại học Queen Mary London, Đại học Hoàng gia London và Đại học Tufts đã công bố một phương pháp đơn giản hơn nhiều trên tạp chí Nature Sustainability. Họ chỉ cần áp dụng áp lực và nướng tơ tằm ở nhiệt độ khoảng 420 độ F (tương đương 215 độ C) – mức nhiệt hoàn toàn có thể đạt được bằng lò nướng thông thường.
Kết quả cho thấy, tơ tằm được xử lý bằng nhiệt ép có lực kéo và độ linh hoạt tốt hơn so với cách ngâm hóa chất truyền thống. Quan trọng hơn, sợi tơ sau xử lý có khả năng truyền tín hiệu ánh sáng ở tần số terahertz với độ chính xác cao, ngay cả khi bị xoắn lại. Phương pháp này cũng hoạt động tốt trên nhiều loại tơ khác nhau, bao gồm cả tơ nhện biến đổi gen.
Liệu tơ tằm có thực sự thay đổi cuộc chơi 6G?
Nếu như dải tần gigahertz từng là nền tảng cho 5G và Wi-Fi tốc độ cao, thì dải tần terahertz được coi là yếu tố cốt lõi để mạng 6G đi vào thực tế.Trong khi các nhà sản xuất chip đang nỗ lực thu hẹp khoảng cách giữa bộ phát và modem không dây, phần hạ tầng dây dẫn phía sau lại phức tạp hơn. Tơ tằm có thể đóng vai trò như một vật liệu đa năng, vừa làm tốt nhiệm vụ toàn diện như nhựa, vừa đảm bảo chất lượng truyền dẫn cao như thủy tinh tùy thuộc vào cách xử lý nhiệt.
Dĩ nhiên, thách thức vẫn còn đó. Tơ tằm là sản phẩm nuôi trồng và thu hoạch, khác hoàn toàn với việc tổng hợp nhân tạo như nhựa hay khai thác như thủy tinh. Các nhà khoa học sẽ cần thêm thời gian để đánh giá chính xác tác động của tơ tằm đối với thị trường cáp quang. Mạng 6G dự kiến sẽ được triển khai rộng rãi vào những năm 2030, nên thời gian hiện tại chính là lợi thế lớn nhất để giới nghiên cứu tiếp tục hoàn thiện công nghệ này.
