Xây dựng các liên kết xuyên suốt hệ thống hạ tầng nghiên cứu

Việc vận hành một phòng thí nghiệm nghiên cứu hiện đại đòi hỏi nhiều yêu cầu hơn là chỉ duy trì hoạt động của các thiết bị tinh vi. Các nhà nghiên cứu cần hoàn thành đào tạo, được cấp quyền tiếp cận, đặt lịch và vận hành thiết bị, giải quyết các thủ tục thanh toán chi phí và nhiều quy trình khác. Đối với các cơ sở dùng chung quy mô lớn, việc điều phối các hoạt động này trên hàng trăm thiết bị cùng hàng nghìn người sử dụng là một nhiệm vụ phức tạp. Khi hoạt động nghiên cứu ngày càng mang tính liên ngành, một thách thức khác cũng xuất hiện: việc tìm kiếm đúng năng lực phù hợp ngay từ ban đầu. Giải quyết những thách thức nêu trên là chủ đề trọng tâm của Hội nghị Người dùng NEMO năm 2026, do MIT.nano đăng cai tổ chức từ ngày 5 đến ngày 6/10. Sự kiện quy tụ 65 đại biểu đến từ 25 phòng thí nghiệm và tổ chức, bao gồm các giám đốc cơ sở, nhà quản lý phòng thí nghiệm, cán bộ kỹ thuật, kỹ sư phát triển phần mềm, đại diện giới công nghiệp và các nhà nghiên cứu thuộc khu vực công. Được tài trợ bởi trung tâm Northeast Microelectronics Coalition (NEMC), hội nghị tập trung vào việc chia sẻ các phương pháp tiếp cận trong quản lý phòng thí nghiệm và xây dựng mối liên kết giữa các cơ sở. Tâm điểm của hội nghị là hệ thống Quản lý và Vận hành Thiết bị NanoFab (NEMO), một nền tảng mã nguồn mở cung cấp các công cụ quản lý cơ sở nghiên cứu dùng chung, đồng thời cho phép từng phòng thí nghiệm tùy biến hệ thống theo nhu cầu riêng. Hội nghị nhấn mạnh một đặc tính quan trọng của cộng đồng NEMO: Cùng một nền tảng có thể phục vụ nhiều loại hình cơ sở khác nhau; tuy quy mô hoặc nhiệm vụ khoa học có thể khác biệt, song các thách thức vận hành cốt lõi thường có sự tương đồng đáng kể. Đối với bà Anna Osherov, Phó Giám đốc Characterization.nano kiêm Trưởng ban tổ chức hội nghị, mô hình hợp tác là một trong những khía cạnh thuyết phục nhất của NEMO. Bà cho biết: “Mã nguồn mở làm thay đổi cách chúng ta tư duy về phát triển công nghệ. Chúng ta có thể kế thừa những gì người khác đã phát triển, đóng góp các cải tiến trở lại cho cộng đồng và cùng nhau tạo ra một nền tảng có năng lực vượt trội hơn khả năng tự phát triển của bất kỳ cơ sở đơn lẻ nào”. NEMO ban đầu được Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ (NIST) phát hành dưới dạng phần mềm mã nguồn mở vào năm 2018. Phiên bản cộng đồng (NEMO-CE), ra mắt vào năm 2023, cho phép các cơ sở phát triển và chia sẻ các tiện ích mở rộng cho nền tảng. Tại hội nghị tháng 10, các đại biểu đến từ các tổ chức bao gồm MIT; các trường Đại học Stanford, Columbia và Princeton; Đại học Pennsylvania; NIST; Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA; và Atlantis Labs đã giới thiệu các công cụ nhằm giải quyết những thách thức từ quản lý hóa chất, quản trị người dùng đến theo dõi trạng thái thiết bị, đào tạo và tự động hóa quy trình làm việc. Các bài tham luận đa dạng đã minh họa cách các cơ sở với quy chuẩn thiết lập khác nhau đang tùy biến một nền tảng chung phục vụ nhu cầu của mình. Cụ thể, Đại học Stanford trình bày về hệ thống hiển thị thời gian thực đối với trạng thái thiết bị và đăng ký sử dụng; Đại học Columbia chia sẻ kinh nghiệm chuyển đổi sang NEMO và mở rộng hệ thống cho các quy trình thanh toán cũng như vận hành cơ sở; Đại học Princeton trình diễn các biểu đồ quy trình tự động nhằm giám sát hiệu suất thiết bị; và Đại học Pennsylvania giới thiệu các phương pháp tiếp cận trong quản lý hóa chất. Nhìn chung, các dự án đã khẳng định tiền đề hoạt động của cộng đồng NEMO: một giải pháp được phát triển để xử lý vấn đề tại một cơ sở có thể trở thành tài nguyên dùng chung cho các cơ sở khác. Phát biểu khai mạc, ông Vladimir Bulović, Giám đốc MIT.nano, khẳng định: “Cùng nhau, chúng ta có thể làm được nhiều hơn rất nhiều so với khả năng của từng cá nhân đơn lẻ. NEMO chính là nền tảng sau cùng đã mang lại cho chúng ta phương thức tinh gọn để hiện thực hóa điều đó”. Từ các cơ sở riêng lẻ đến một kết... Hệ sinh thái nghiên cứu kết nối Khi cộng đồng NEMO ngày càng phát triển, một cơ hội mới tiếp tục mở ra. Các trường đại học và tổ chức nghiên cứu hiện vận hành nhiều cơ sở chuyên ngành, mỗi nơi đều sở hữu trang thiết bị, chuyên môn và năng lực đặc thù. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu không thể tiếp cận hay sử dụng những năng lực mà họ không biết tới hoặc khó tìm kiếm. Điều này đặc biệt quan trọng đối với hoạt động nghiên cứu và phát triển (R&D) trong lĩnh vực vi điện tử, nơi tiến độ công việc thường phụ thuộc vào việc chuyển đổi nhanh chóng giữa các năng lực chuyên biệt. Một nhà nghiên cứu có thể cần chế tạo tại một cơ sở, phân tích đặc tính nâng cao tại một cơ sở khác, sử dụng kính hiển vi chuyên dụng ở một nơi khác nữa, và thực hiện quy trình hoặc năng lực phân tích vốn chỉ có ở một số ít tổ chức. Việc tìm kiếm các năng lực đó, cũng như nắm rõ địa điểm và thời gian có thể tiếp cận, tự nó có thể trở thành một điểm nghẽn. Trước đây, mạng lưới các cơ sở nghiên cứu thường dựa vào các trang web tĩnh hoặc cơ sở dữ liệu để mô tả các nguồn lực sẵn có. Tuy nhiên, trong quá trình các cơ sở liên tục phát triển, những thông tin này nhanh chóng trở nên lạc hậu. Tại cuộc họp, MIT.nano đã giới thiệu Hydra, một nền tảng mã nguồn mở mới đang được phát triển với sự hỗ trợ từ NEMC, đóng vai trò là cấu phần then chốt của NEMC Technical Concierge — chương trình nhằm hỗ trợ các nhà nghiên cứu xác định và tiếp cận các năng lực chuyên môn trong toàn bộ mạng lưới cơ sở hạ tầng. Hydra được thiết kế để kết nối nhiều hệ thống cài đặt NEMO và trích xuất thông tin trực tiếp từ các hệ thống mà các cơ sở đang vận hành, thay vì yêu cầu nhân sự phải cập nhật thủ công vào một cơ sở dữ liệu riêng biệt. Kết quả mang lại là một hệ thống dữ liệu tổng hợp được xây dựng từ thực tế vận hành của các hệ thống quản lý cơ sở vật chất đang hoạt động. Ông Osherov giải thích: “Hydra không thay thế bất kỳ hệ thống quản lý phòng thí nghiệm nào. Nền tảng này kết nối, đồng bộ hóa và duy trì dữ liệu cập nhật theo thời gian thực trên tất cả các hệ thống được liên kết”. Theo mô hình này, NEMO cung cấp nguồn thông tin vận hành trong phạm vi từng cơ sở riêng lẻ, trong khi Hydra giúp các thông tin đó có thể được tìm kiếm và tra cứu trên toàn mạng lưới cơ sở. Đối với một nhà nghiên cứu, điều này đồng nghĩa với việc có thể tìm ra một năng lực chuyên môn mà không nhất thiết phải biết trước phòng thí nghiệm nào sở hữu trang thiết bị phù hợp. Ông Osherov cho biết: “Mục tiêu trọng tâm là làm cho cơ sở hạ tầng phân tán phục vụ nghiên cứu trở nên dễ tiếp cận và dễ sử dụng hơn”. Xây dựng hạ tầng có khả năng thích ứng Cách tiếp cận này phản ánh một triết lý sâu rộng hơn: Hạ tầng nghiên cứu cần phải phát triển đồng nhịp với sự thay đổi của chính hoạt động nghiên cứu. “Chúng ta cần xây dựng một không gian nghiên cứu linh hoạt và hướng tới cộng đồng để mọi người có thể chủ động tiếp cận, sử dụng và tái định hình không gian đó theo thời gian, thích ứng với nhu cầu của thế hệ các nhà nghiên cứu tiếp theo”.