Từ thủ khoa chuyên Toán đến PGS bán dẫn ở đại học số 1 Australia

Nghiên cứu được công bố trên Nature Communications, tạp chí khoa học đa ngành hàng đầu thế giới. Miếng dán nặng 3 gram, mỏng 3 mm và có thể uốn cong, sử dụng pin lithium dạng cúc áo cùng chip tích hợp để chuyển đổi tiếng đập của tim thành đồ thị trực quan trên điện thoại. Qua đó, bác sĩ có thể chẩn đoán bệnh từ xa.

"Mục tiêu của chúng tôi là phát triển những thiết bị giá rẻ nhưng hiệu quả để người dân có thể tự theo dõi sức khỏe tại nhà", anh Phương nói.

Với anh Phương, đằng sau bước tiến này là hành trình bền bỉ, từ chàng sinh viên Đại học Bách khoa Hà Nội, trải qua nhiều ngã rẽ học thuật tại Nhật Bản, Australia, Mỹ, trước khi trở thành Phó giáo sư khoa Kỹ thuật Cơ khí và Chế tạo, Đại học New South Wales (UNSW).

Ở ngôi trường top 19 thế giới và số 1 Australia theo QS, anh nghiên cứu các loại thiết bị và ứng dụng bán dẫn, bao gồm MEMS/NEMS, cảm biến tích hợp, điện tử linh hoạt và kiến trúc vi mô ba chiều.

PGS Phương đã nhận được nhiều giải thưởng, trong đó có DECRA và ARC Future Fellowship từ Hội đồng Nghiên cứu Australia, cùng danh hiệu Scientia Fellow (giảng dạy xuất sắc) từ UNSW.

Hoàng Phương từng là thủ khoa đầu vào chuyên Toán, trường chuyên Phan Bội Châu, Nghệ An. Thời phổ thông, anh giành giải ba quốc gia, vào vòng thi chọn đội tuyển Olympic Toán quốc tế, rồi được tuyển thẳng vào Đại học Bách khoa Hà Nội năm 2004 để theo ngành Tự động hóa.

Cũng năm đó, bố anh lâm bệnh, phải nằm điều trị tích cực. Chàng trai trẻ tự nhủ cố gắng để trở thành kỹ sư giỏi, có thể chăm sóc gia đình. Sau khi học hết năm thứ nhất, với thành tích xuất sắc, Phương đỗ học bổng toàn phần của Chính phủ Nhật Bản (MEXT).

Đặt chân tới đất nước xa lạ, lại không thạo tiếng khiến anh chông chênh. Phương và bạn bè quốc tế học tiếng tại Đại học Ngoại ngữ Tokyo một năm, trước khi thi chuyên ngành.

"Tôi vùi đầu ôn luyện, cố gắng gấp đôi để cạnh tranh, đỗ khoa Cơ khí của Đại học Tokyo", anh nhớ lại.

Con đường của anh rẽ lối ở năm thứ tư, khi dành toàn bộ thời gian trong phòng thí nghiệm và làm luận văn. Đề tài của anh là phát triển cảm biến cho robot hỗ trợ vận động, giúp người cao tuổi, nhân viên y tế nâng đỡ bệnh nhân hay công nhân làm việc nặng. Quá trình sử dụng nhiều loại cảm biến để xác định và dự đoán ý định chuyển động của người dùng khiến anh đặc biệt hứng thú. Anh quyết định ở lại Đại học Tokyo để theo chương trình thạc sĩ, chuyển hẳn sang nghiên cứu cảm biến bán dẫn.

Phương bắt đầu "nếm trải" những thử thách đầu tiên của một nhà nghiên cứu. Anh phải tự tìm vấn đề và lời giải trong một chủ đề rất mở, học cách bảo vệ ý tưởng trước giáo sư. Đây là cú chuyển "sốc" từ việc học đại cương, khiến hai người bạn trong nhóm phải từ bỏ.

"Áp lực rất lớn, nhưng tôi nghĩ người Việt có một điểm mạnh là kiên cường và bền bỉ", Phương nói. Anh kiên trì thử - sai, rồi dần quen với nhịp làm việc.

Tốt nghiệp năm 2013, anh tới Đại học Griffith (Australia) làm tiến sĩ, dưới sự hướng dẫn của hai giáo sư người Việt là Đào Việt Dzung và Nguyễn Nam Trung. Anh phát triển các thiết bị dùng trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, như cảm biến giám sát các đường ống dẫn dầu, cảnh báo khi chúng bị rò rỉ và có thể gây cháy nổ; hay cảm biến giúp kiểm soát áp suất và nhiệt độ trong dây chuyền hóa chất.

Song song, Phương vẫn hứng thú với các thiết bị y tế. Vào viện thăm bố trước đây, anh chứng kiến nhiều bệnh nhân phải nằm yên một chỗ bên những thiết bị nhiều dây nối. Nếu có thể làm các thiết bị không dây, mềm và linh hoạt thì sẽ tốt hơn nhiều.

Cơ duyên với ngành y đến vào năm 2017, khi Phương tham gia một dự án phát triển hệ thống làm mát cho các thiết bị điện tử công suất cao. Anh phát hiện vật liệu bán dẫn silicon carbide (SiC), vốn luôn cứng và giòn vì được chế tạo trên nền cứng bằng silicon, có khả năng chuyển sang được nền mềm.

Anh kết nối với một giáo sư hàng đầu về điện tử mềm ở Đại học Northwestern (Mỹ), đề xuất cùng nghiên cứu. Từ đó, anh thành công phát triển SiC trên nền mềm sau nhiều thí nghiệm thất bại, được công bố trên nhiều tạp chí uy tín như ACS Nano và PNAS.

Kết quả mở ra cơ hội làm việc với các bác sĩ để ứng dụng SiC mềm vào thiết bị cấy ghép trong cơ thể và hoạt động được nhiều năm mà không cần thay thế. Những cuộc trò chuyện với họ đưa anh về với trăn trở ban đầu - tạo những thiết bị theo dõi ngoài cơ thể cho người bệnh, ít xâm lấn và dễ dùng hơn. Lần này, anh hướng tới nhóm mắc hoặc có nguy cơ mắc bệnh tim.

Theo anh Phương, một hạn chế trong theo dõi, chẩn đoán bệnh tim là bệnh nhân phải đến cơ sở y tế, nguy cơ phát hiện muộn và ảnh hưởng đến hiệu quả điều trị. Thay vì cải tiến ống nghe truyền thống, nhóm nghiên cứu phát triển thiết bị điện tử không dây có thể dán trực tiếp lên da. Nó theo dõi hoạt động tim mạch tại nhà và truyền dữ liệu đến bác sĩ qua Internet.

Anh Phương và cộng sự hợp tác với nhiều chuyên gia liên ngành, mô phỏng cấu trúc vật lý để "bắt" được tần số rất thấp của tiếng tim, xin phê duyệt thử nghiệm trên người, rồi tinh chỉnh miếng dán để nó bám được trên da mà không gây khó chịu,...

Hiện, anh Phương hợp tác Bệnh viện St Vincent ở Australia để thu thập dữ liệu. Mục tiêu năm nay là đo trên khoảng 200 bệnh nhân mắc bệnh van tim hoặc đang sử dụng thiết bị hỗ trợ thất trái. Sau đó, anh sẽ huấn luyện mô hình học máy để dự đoán bệnh nhân mắc loại bệnh van tim nào.

Ngoài ra, anh Phương hợp tác trong các nghiên cứu về robot, cảm biến và chế tạo chính xác, như dự án phát triển hệ thống robot tích hợp cảm biến để phát hiện sớm ung thư vú và phổi do PGS Đỗ Thanh Nhỏ (UNSW) làm chủ nhiệm.

"Phương có tư duy khoa học sâu sắc, tầm nhìn liên ngành và tinh thần hợp tác cởi mở, có nhiều đóng góp đột phá cho các công nghệ y sinh thế hệ mới", anh Nhỏ nói. "Anh cũng rất tâm huyết với công tác đào tạo thế hệ trẻ".

Anh Phương nhìn nhận lĩnh vực y tế có nhiều cơ hội cho sinh viên bán dẫn, điện tử hoặc cơ điện tử. Nhu cầu khám chữa bệnh từ xa tăng mạnh đòi hỏi những thiết bị cảm biến đo được nhiều tín hiệu khác ngoài thân nhiệt và huyết áp. Nhiều vật liệu mới như polymer mềm có tiềm năng để sản xuất quy mô lớn.

Trong bối cảnh AI phát triển, nhu cầu với các kỹ sư phần cứng, đặc biệt là kỹ sư bán dẫn, cũng còn lớn vì khâu thiết kế, chế tạo, đo kiểm phần cứng vẫn cần đến con người. Một hướng tiềm năng khác là máy tính lượng tử hay siêu máy tính - lĩnh vực sử dụng nhiều vật liệu silicon và các công nghệ bán dẫn.

Để theo đuổi ngành này, anh Phương tin rằng ngoài sự bền bỉ, các bạn trẻ cần nuôi sự tò mò, đam mê với các thiết bị, dành nhiều thời gian nghiền ngẫm về cách chúng hoạt động.

"Cuối cùng, nền tảng vững chắc về chất bán dẫn và vật lý, cùng tư duy logic độc lập thay vì phụ thuộc vào AI, là bí quyết", anh nói.