Dữ liệu sẽ được tự động thu thập. Khi sử dụng thiết bị, việc trao đổi dữ liệu sẽ được tự động hóa, không cần phải scan thủ công hay yêu cầu nhập dữ liệu đầu vào. Hệ thống sẽ xác định danh tính người dùng và diễn giải hành động của người đó để biết được bước nào đang được thực hiện, dựa trên bối cảnh của toàn bộ quá trình. Đầu công việc và kết quả sẽ được kiểm soát và ghi lại một cách tự động.
Môi trường không gian mạng kết nối số với thực thể thông minh (cyber-physical system), một điều tưởng chừng như chỉ có trong truyện khoa học viễn tưởng, có lẽ sẽ dần thay đổi cách công việc hiện tại đang được thực hiện tại PTN để giúp toàn bộ nền công nghiệp trở nên hiệu quả hơn. Công nghệ phụ cận (adjacent technologies) như cơ chế nhận dạng, kiểm soát chuyển động và hiển thị tăng cường có tiềm năng chuyển đổi mô hình công việc hiện nay trong PTN. Để hỗ trợ thay đổi này, hệ thống thông tin phải có một hướng tiếp cận nhất quán để xác định, kết nối và trao đổi thông tin với con người, thiết bị và vật liệu.
Những tiến bộ gần đây của Internet kết nối vạn vật (Internet of Things - IoT) và trong các tiêu chuẩn về cách lưu trữ truyền dẫn dữ liệu và thể hiện trên thiết bị và phần mềm sẽ định hướng cho tầm nhìn nói trên đối với PTN tương lai. Bằng cách cho phép các thiết bị trao đổi thông tin với nhau và với hệ thống thông tin, chúng ta có thể tạo ra một PTN kết nối hoàn toàn. Trong PTN đó, các nhà khoa học sẽ dành nhiều thời gian hơn để nghiên cứu và giảm bớt thời gian chuẩn bị giấy tờ hồ sơ. Các công ty sẽ thu được dữ liệu giá trị hơn và gia tăng tính hiệu quả nhờ hiểu rõ và toàn diện về các quy trình.
Nhu cầu tăng cao đòi hỏi quy trình hoàn thiện hơn
Đối với những công ty hoạt động trong lĩnh vực khoa học công nghệ và các ngành công nghiệp dựa trên quy trình, PTN tương lai sẽ đem lại lợi thế cần thiết để giữ tính cạnh tranh, hơn là những tiện ích hào nhoáng. Hợp tác, trao đổi dữ liệu và phương pháp sẽ ngày càng phức tạp hơn do các doanh nghiệp hoạt động trên quy mô toàn cầu. Việc doanh nghiệp mong muốn đáp ứng nhu cầu thị trường trong khi giảm chi phí đòi hỏi PTN cần phải cung cấp kết quả nhanh chóng với nguồn lực ít hơn. Trong những ngành công nghiệp có quy định pháp lý chặt chẽ, yêu cầu tuân thủ nghiêm ngặt đòi hỏi PTN thực hiện nhiều bước hơn và bắt buộc chứng minh tính toàn vẹn của của dữ liệu.
Năng suất, hiệu quả và tính dự báo của các nghiên cứu khoa học tại PTN đã cải thiện đáng kể trong vài thập kỷ qua, nhờ vào những tiến bộ công nghệ. Nhưng nhiều thách thức vẫn còn tồn tại. Nhiều hệ thống thông tin bị cô lập và các quy trình phòng thử nghiệp trên giấy tờ vẫn chiếm ưu thế, gây ra trở ngại trong việc áp dụng kiến thức hiệu quả. Thiếu tích hợp hệ thống tạo ra các bước thủ công trong quy trình, tiềm tàng nguy cơ sai sót cao. Các ứng dụng lẻ tẻ rất khó để cấu hình và rườm rà khi quản lý. Do trong PTN có nhiều thiết bị và phương pháp đa dạng, chuyên viên phân tích phải phân loại dữ liệu hay sử dụng, không liên quan, hoặc không dễ dàng chia sẻ.
Thiếu một quy chuẩn để có thể chia sẻ thông tin trong hệ thống, các ứng dụng và thiết bị trong PTN dẫn tới hiệu quả thấp. Khi các quy trình, phương pháp và dữ liệu không được chuẩn hóa, việc kết nối sẽ trở nên khó khăn hơn, kiến thức thu được từ những hoạt động trước đó cũng khó tiếp cận hơn, và cần nhiều nỗ lực hơn để tuân thủ các quy định. Nếu dữ liệu bị khóa trong các hệ thống khác nhau, các nhà nghiên cứu không thể học hỏi từ các kinh nghiệm trước đó, hoặc sử dụng lại dữ liệu để phân tích sâu hơn và đưa ra các quyết định dựa trên kiến thức. Giải pháp cho vấn đề dai dẳng này chính là những tiêu chuẩn để quản lý việc kiểm soát, chuyển đổi và mô tả dữ liệu từ thiết bị này sang thiết bị khác.
Số lượng có tính quyết định
PTN tương lai và cách một PTN kết nối toàn diện có thể giải quyết các thách thức hiện tại đã trở thành chủ đề cho nhiều nghiên cứu và trong các bài thuyết giảng gần đây. Tuy nhiên, dù thảo luận về chủ đề này có thể rất hấp dẫn, nhưng nó sẽ không trở thành hiện thực cho đến khi những công nghệ liên quan đến nó trở nên phổ thông hơn. Giờ đây, tương lai ấy đang dần xảy ra. Khoảng 3,4 năm trước, nếu được hỏi về Internet kết nối vạn vật, có lẽ chỉ 5 đến 10% trong số người được hỏi sẽ giơ tay. Nhưng giờ đây hầu hết mọi người đã từng nghe về nó và thậm chí nhiều người có ý định sử dụng nó.
Internet kết nối vạn vật (Internet of Things - IoT) là công nghệ hỗ trợ chính để biến PTN tương lai thành hiện thực. Kết nối các thiết bị vật lý với thiết bị điện tử, phần mềm, cảm biến và mạng sẽ giúp chúng thu thập và trao đổi dữ liệu tự động. CB Insights dự đoán ngành công nghiệp IoT thu được gần 3,7 tỉ đô đầu tư trong năm 2016. Nhiều quỹ đầu tư doanh nghiệp đều là những nhà đầu tư hàng đầu, bao gồm Intel Capital, GE Ventures và Cisco Investments.
Một tính năng cơ bản của IoT là khả năng cho phép thiết bị thu thập và trao đổi dữ liệu theo một cách chuẩn. Việc này giúp các thiết bị kết nối với nhau trong hệ thống kết nối số hóa như mạng lưới thông minh, nhà thông minh và thành phố thông minh. Trong PTN thông minh sẽ có ít sai sót hơn do hệ thống sẽ xác định các thiết bị, vật liệu và nhân sự. Hệ thống cũng sẽ xác minh những bước nào được thực hiện đúng, vật liệu nào được sử dụng chính xác và thiết bị đó đã được hiệu chỉnh phù hợp để sử dụng chưa. Kiểm kê kho sẽ được tự động ghi chép và chuỗi hành trình của vật liệu sẽ được theo dõi. Do đó không cần bất cứ xác minh thủ công nào bên ngoài.
Những tiêu chuẩn mở rất cần thiết để thực hiện được điều này nếu không có tiếng nói chung, PTN tương lai sẽ không thể hoạt động. Do đó, những đơn vị tiên phong như Pistoia Alliance và Allotrope Foundation rất quan trọng. Trong những cộng đồng này, các chuyên gia từ các công ty và tổ chức thuộc nhiều phân khúc khác nhau của ngành công nghiệp phân tích tập trung lại để chia sẻ các chiến lược cạnh tranh đón đầu để thiết lập các định dạng dữ liệu chung.
Các bộ phận của một phòng thử nghiệm kết nối
Internet kết nối vạn vật và định dạng dữ liệu chuẩn hóa tạo nền tảng cho công nghệ phụ cận để cách mạng hóa phương pháp các nhà khoa học làm việc trong PTN và phối hợp với đối tác. Công nghệ như cơ chế nhận dạng, kiểm soát chuyển động và hiển thị tăng cường giờ đây đã có mặt với mức giá hợp lý.
Cơ chế nhận dạng
Để tạo ra một PTN thông minh, cần có một phương pháp chuẩn để hệ thống thông tin có thể xác định danh tính con người, vật liệu, thiết bị và công cụ. Một chiếc vòng mã nhịp sinh học (biorhythm), có Bluetooth và tính năng cảm biến tiệm cận, có thể xác định danh tính một người thông qua mã nhịp sinh học đặc trưng riêng của người đó, nhận biết vị trí của người đó ở trong PTN và tự động trao đổi thông tin này với các hệ thống và thiết bị đang được kết nối.
Cách xác định vật liệu và thiết bị tiếp tục cải thiện. Mã QR tăng khả năng đọc và lưu trữ hơn mã vạch UPC thông thường. Thẻ nhận dạng bằng công nghệ song vô tuyến (RFID) cho phép hệ thống tự động nhận diện đối tượng và vị trí của chúng. Công nghệ kết nối không dây giao tiếp tầm ngắn (NFC) cho phép các thiết bị kết nối và giao tiếp với nhau.
Tích hợp các hệ thống nhận diện hiện đại với hệ thống quản lý PTN sử dụng giao thức Internet kết nối vạn vật và định dạng dữ liệu tiêu chuẩn có thể tự động hóa và sắp xếp các hoạt động trong PTN. Nếu một nhà nghiên cứu đứng trước bệ phân tích và bắt đầu cân đong vật liệu, hệ thống sẽ biết ai đang thực hiện công việc, xác định những vật liệu đang dùng, xác nhận rằng người đó đã được đào tạo đủ và được phép thực hiện việc đó chưa, cũng như ghi nhận kết quả. Tất cả thông tin đó có thể được lưu trữ một cách an toàn.
Kiểm soát chuyển động
Nhận dạng tự động trở nên quan trọng hơn khi sử dụng kết hợp với công nghệ kiểm soát chuyển động. Thiết bị ghi nhận cảm ứng chuyển động trở nên phổ biến hơn với người tiêu dùng trên thế giới thông qua việc cho phép con người tương tác với trò chơi điện tử bằng cử chỉ hành động. Những bộ điều khiển trước đây sử dụng cảm biến con quay để phát hiện chuyển động. Công nghệ này đã tiếp tục được nâng cấp và ngày càng tiên tiến hơn. Những mẫu điều khiển gần đây có khả năng cảm ứng video dựa trên động cơ servo, có thể nhận dạng người dùng thông qua nét mặt và các đặc điểm khác trên cơ thể. Chúng cũng có thể phát hiện hành động nhỏ như chuyển động của đầu ngón tay.
Điều khiển cảm ứng chuyển động có thể được dùng để ghi nhận và hiểu các hoạt động của nhân viên PTN. Cũng giống như điều khiển cảm ứng trò chơi, hệ thống có thể nhận biết những hành động và cử chỉ cụ thể. Khi một nhân viên cân đo mẫu, hệ thống sẽ nhận biết được hành động, tự động ghi nhận kết quả, và chia sẻ dữ liệu với hệ thống. Những hành động tự động hóa này sẽ giúp nhà phân tích ghi lại hành động của họ mà không cần bổ sung thông tin ngoài lề vào quy trình hoặc làm gián đoạn công việc.
Hiển thị tăng cường
Công nghệ hiển thị tăng cường (AR) hỗ trợ tầm nhìn về môi trường vật lý xung quanh của một người với thông tin bổ sung được cung cấp bởi thông tin đầu vào do máy tính tạo ra. Công nghệ AR có thể được tích hợp trong màn hình hiển thị gắn trên đầu, kính mắt, kính bảo hộ hoặc kính áp tròng. Khi đeo thiết bị có công nghệ AR trong một PTN thông minh, nhà khoa học có thể dễ dàng nhìn vào một thiết bị hoặc một bình đựng hóa chất và ngay lập tức thu được thông tin về nó.
Công nghệ AR được tích hợp với cơ chế nhận dạng tự động và kiểm soát chuyển động có thể hướng dẫn người sử dụng qua các bước trong quy trình một cách thông minh bằng cách hiển thị thông tín giúp người sử dụng hiểu hành động của họ thực hiện thế nào là đúng. Một thử nghiệm viên có thể dùng thiết bị AR để ghi hình video và mô tả bằng lời nói về công việc mình đang thực hiện. Hệ thống sẽ tự động lưu tất cả thông tin này trong sổ tay điện tử của PTN và đăng tái trong một hệ thống dùng chung bao mật. Những đối tác trên khắp thế giới có thể trực tiếp nhìn thấy những gì mà nhân viên thử nghiệm đang nhìn hoặc xem lại video.
Sự phát triển của phòng thử nghiệm
Khi Internet kết nối vạn vật được ứng dụng rộng rãi hơn và tiêu chuẩn cho trao đổi dữ liệu giữa thiết bị được hoàn thiện, PTN thông minh sẽ thành hiện thực. Nhờ sự đầu tư rộng rãi trong công nghệ trao đổi thông tin giữa thiết bị và hệ thống, quản lý PTN sẽ không còn cảm thấy họ phải đổi mới trong PTN tương lai nữa. Những thiết bị PTN mới nhát sẽ dần được bổ sung tính năng sẵn sàng trao đổi thông tin và cho phép sử dụng Internet kết nối vạn vật. Khi đáng giá công nghệ quản lý phòng thử nghiệm, các công ty nên tìm kiếm những giải pháp được thiết kế để tích hợp các thiết bị thông minh này.
Kiến thức sẽ dễ dàng được sử dụng hơn trong PTN thông minh của tương lai. Sai sót sẽ được giảm thiểu, việc tuân thủ quy định pháp lý sẽ đơn giản hơn và việc hợp tác sẽ dễ dàng hơn. Các nhà khoa học sẽ tận dụng thời gian được nhiều hơn khi dữ liệu có thể tự động ghi lại. Độ chính xác và hiệu quả cũng sẽ được cải thiện khi các hoạt động trong PTN và các quy trình tự động đều được kiểm soát bởi hệ thống thông tin thông minh tích hợp tất cả thiết bị và công cụ. Hệ thống kết nối số với thực thể sẽ cho phép các thành phố thông minh và các ngôi nhà thông minh tạo ra một nền tảng cho PTN thông minh, từ đó giúp tạo ra các tiến bộ trong các ngành công nghiệp liên quan đến khoa học công nghệ.
Theo www.laboratoryequipment.com
Bản tin thử nghiệm ngày nay số 2 - Tháng 11-12/2017