Phân biệt khoa học, công nghệ và kỹ thuật về mục tiêu

Khoa học chủ yếu hỏi “Điều gì đúng và vì sao?”. Công nghệ quan tâm “Tri thức và nguồn lực này có thể được tổ chức thành phương tiện gì để đạt một mục đích thực tế?”. Kỹ thuật tập trung vào “Làm thế nào thiết kế và hiện thực hóa một giải pháp hoạt động được trong các ràng buộc xác định?”

Vì vậy, cách phân biệt hữu ích nhất không phải là nhìn vào một thiết bị, phòng thí nghiệm hay ngành nghề cụ thể, mà là nhìn vào mục tiêu nhận thức, loại đầu ra và phạm vi tri thức của hoạt động đang diễn ra.

Khoa học hướng đến tạo ra và kiểm chứng tri thức

Mục tiêu cốt lõi của khoa học là xây dựng những mô tả, giải thích và dự đoán đáng tin cậy về tự nhiên, con người hoặc các hệ thống có thể nghiên cứu một cách có hệ thống. Giá trị của một kết quả khoa học trước hết nằm ở việc nó giúp con người biết thêm điều gì về đối tượng đang được nghiên cứu.

Một nghiên cứu khoa học có thể bắt đầu từ quan sát, câu hỏi hoặc giả thuyết. Nhà nghiên cứu thu thập bằng chứng, xây dựng hoặc kiểm tra mô hình, so sánh kết quả với giả thuyết và đánh giá mức độ mà dữ liệu hỗ trợ kết luận. Đầu ra vì thế thường là dữ liệu, quy luật, quan hệ, mô hình, lý thuyết hoặc một kết luận có thể tiếp tục được kiểm tra.

Điều này tạo nên một đặc điểm quan trọng: tri thức khoa học không nhất thiết phải có ứng dụng tức thời mới có giá trị. Việc xác định cấu trúc của một vật chất, cơ chế của một hiện tượng hay quan hệ giữa các biến có thể có ý nghĩa khoa học ngay cả khi chưa tồn tại sản phẩm thương mại dựa trên phát hiện đó.

Phạm vi tri thức của khoa học vì thế chủ yếu xoay quanh:

·         Hiện tượng nào đang xảy ra

·         Các đại lượng hoặc yếu tố có quan hệ với nhau như thế nào

·         Cơ chế nào có thể giải thích quan sát

·         Điều kiện nào khiến một kết luận còn hoặc không còn đúng

·         Bằng chứng có đủ để chấp nhận, sửa đổi hoặc bác bỏ một giả thuyết hay không

Ranh giới cần lưu ý là khoa học không đồng nghĩa với mọi hoạt động sử dụng kiến thức khoa học. Khi một định luật đã biết được dùng để lựa chọn vật liệu cho một cây cầu, mục tiêu của hoạt động đã chuyển từ khám phá quy luật sang giải quyết một yêu cầu thiết kế.

Công nghệ hướng đến khả năng thực hiện một mục đích thực tế

Công nghệ có phạm vi rộng hơn khái niệm “máy móc hiện đại”. Một công nghệ có thể bao gồm thiết bị, vật liệu, quy trình, phương pháp, phần mềm, kỹ năng vận hành và tri thức cần thiết để con người thực hiện một chức năng hoặc đạt một mục tiêu thực tế.

Do đó, câu hỏi trung tâm của công nghệ không nhất thiết là “quy luật nào đúng?” mà thường là “có thể sử dụng tri thức và nguồn lực hiện có theo cách nào để tạo ra một năng lực thực tế?”

Chẳng hạn, tri thức về tính chất bán dẫn thuộc nền tảng khoa học. Khi những tính chất đó được khai thác thành phương pháp chế tạo linh kiện, quy trình sản xuất, hệ thống điều khiển và nền tảng tính toán, chúng trở thành một phần của công nghệ bán dẫn và công nghệ điện tử.

Đầu ra của công nghệ vì vậy có thể là:

·         Một phương tiện hoặc công cụ

·         Một quy trình thực hiện công việc

·         Một phương pháp sản xuất hoặc xử lý

·         Một nền tảng kỹ thuật

·         Một hệ thống gồm nhiều thành phần phối hợp với nhau

·         Một năng lực mà trước đó con người chưa có hoặc thực hiện kém hiệu quả hơn

Công nghệ cũng không bắt buộc phải bắt nguồn trực tiếp từ một phát hiện khoa học mới. Nhiều công nghệ phát triển thông qua kinh nghiệm thực tiễn, thử nghiệm, tích lũy kỹ năng và cải tiến dần qua nhiều thế hệ. Khoa học có thể giải thích và thúc đẩy công nghệ, nhưng quan hệ giữa hai lĩnh vực không phải lúc nào cũng là một chuỗi tuyến tính “có khoa học trước, có công nghệ sau”.

Kỹ thuật hướng đến thiết kế giải pháp khả thi dưới các ràng buộc

Nếu khoa học tập trung vào tri thức và công nghệ tập trung vào năng lực ứng dụng, kỹ thuật tập trung mạnh vào quá trình biến yêu cầu thành một giải pháp có thể chế tạo, triển khai, vận hành hoặc kiểm chứng.

Một bài toán kỹ thuật hiếm khi chỉ có câu hỏi “có làm được không?”. Nó thường đồng thời đặt ra nhiều điều kiện: giải pháp phải chịu được tải nào, hoạt động trong môi trường nào, chính xác đến mức nào, tiêu thụ bao nhiêu năng lượng, có an toàn hay không, sản xuất được hay không và chi phí có phù hợp hay không.

Bởi vậy, kỹ thuật mang bản chất của thiết kế và tối ưu trong điều kiện có ràng buộc. Quy trình có thể bao gồm xác định yêu cầu, xây dựng phương án, mô hình hóa, tính toán, lựa chọn vật liệu hoặc cấu trúc, chế tạo nguyên mẫu, thử nghiệm, đánh giá và điều chỉnh.

Tri thức kỹ thuật vì thế không chỉ gồm các định luật khoa học. Nó còn bao gồm:

·         Nguyên lý thiết kế

·         Mô hình và phương pháp tính toán

·         Đặc tính vật liệu và linh kiện

·         Dung sai và hệ số an toàn

·         Tiêu chuẩn và yêu cầu vận hành

·         Khả năng sản xuất, bảo trì và tích hợp

·         Sự đánh đổi giữa hiệu năng, độ tin cậy, chi phí và những ràng buộc khác

Một thiết kế có thể đúng về mặt khoa học nhưng vẫn thất bại về mặt kỹ thuật nếu quá đắt, khó chế tạo, không đủ bền hoặc không đáp ứng các điều kiện vận hành. Đây là khác biệt quan trọng giữa việc chứng minh một nguyên lý có thể tồn tại và việc tạo ra một giải pháp có thể sử dụng trong thực tế.

Mục tiêu khác nhau dẫn đến những loại đầu ra khác nhau

Sự khác biệt giữa ba lĩnh vực trở nên rõ ràng hơn khi đặt chúng cạnh nhau theo cùng một chuỗi từ câu hỏi đến kết quả.

Ba cột này không tạo thành những “hộp kín”. Một dự án thực tế có thể chứa cả ba loại hoạt động. Việc phân loại phụ thuộc vào mục tiêu của từng hoạt động chứ không chỉ phụ thuộc vào tên ngành hoặc tổ chức thực hiện.

Khoa học, công nghệ và kỹ thuật liên kết nhưng không tạo thành chuỗi một chiều

Một cách hiểu phổ biến là khoa học tạo ra phát hiện, kỹ thuật biến phát hiện thành thiết kế và công nghệ là sản phẩm cuối cùng. Mô hình này hữu ích để hình dung một số trường hợp nhưng quá đơn giản nếu xem nó là quy luật chung.

Trong thực tế, ảnh hưởng có thể đi theo nhiều hướng.

Một công cụ công nghệ mới có thể mở rộng khả năng quan sát và tạo điều kiện cho khoa học phát hiện những hiện tượng trước đây không thể đo được. Một bài toán kỹ thuật có thể làm xuất hiện câu hỏi khoa học mới vì các mô hình hiện có chưa giải thích được hành vi của vật liệu hoặc hệ thống. Ngược lại, một phát hiện khoa học có thể tạo cơ sở cho một thế hệ công nghệ mới.

Kỹ thuật cũng là cầu nối quan trọng giữa tri thức và khả năng sử dụng. Một nguyên lý khoa học không tự chuyển thành một thiết bị hoạt động. Cần có quá trình lựa chọn cấu trúc, xác định thông số, giải quyết xung đột giữa các yêu cầu và kiểm chứng thiết kế trong điều kiện thực tế.

Vì thế, quan hệ phù hợp hơn có thể hiểu như một vòng tương tác:

Khoa học tạo và kiểm tra hiểu biết → kỹ thuật sử dụng hiểu biết để giải quyết yêu cầu thiết kế → công nghệ cung cấp phương tiện và năng lực thực tế → những công nghệ và vấn đề mới lại tạo điều kiện hoặc câu hỏi cho khoa học và kỹ thuật.

Chuỗi này cũng không có nghĩa mọi thành tựu công nghệ đều phải đi qua đúng các bước trên. Tùy lĩnh vực, kinh nghiệm thực hành, tri thức thủ công và quá trình thử–sai có thể đóng vai trò đáng kể.

Cùng một đối tượng có thể thuộc cả ba phạm vi tùy câu hỏi đang được đặt ra

Sự chồng lấn dễ thấy nhất khi khoa học, công nghệ và kỹ thuật cùng xuất hiện quanh một đối tượng.

Với pin lithium-ion, chẳng hạn, nghiên cứu cơ chế vận chuyển ion, phản ứng điện hóa hoặc sự suy giảm vật liệu là vấn đề khoa học khi mục tiêu là hiểu hiện tượng. Các phương pháp lưu trữ năng lượng dựa trên tế bào điện hóa, vật liệu điện cực, quy trình sản xuất và hệ thống quản lý pin tạo thành một phạm vi công nghệ. Khi một nhóm phát triển bộ pin cho xe điện phải quyết định số lượng cell, cấu trúc làm mát, khả năng bảo vệ, kết nối điện và điều kiện vận hành, họ đang xử lý bài toán kỹ thuật.

Sự khác biệt không nằm ở việc “pin” thuộc lĩnh vực nào. Nó nằm ở loại câu hỏi đang được giải quyết.

Có thể sử dụng ba câu hỏi kiểm tra nhanh:

1.    Nếu mục tiêu chủ yếu là tìm hiểu, giải thích hoặc kiểm chứng một hiện tượng, trọng tâm là khoa học

2.    Nếu mục tiêu chủ yếu là tạo hoặc sử dụng một phương tiện, phương pháp hay năng lực phục vụ thực tế, trọng tâm là công nghệ

3.    Nếu mục tiêu chủ yếu là thiết kế một giải pháp đáp ứng các yêu cầu và ràng buộc cụ thể, trọng tâm là kỹ thuật

Cách phân biệt này cũng giải quyết một hiểu nhầm khác: kỹ thuật không đơn thuần là “thực hành công nghệ”, còn công nghệ không chỉ là “khoa học ứng dụng”. Kỹ thuật có hệ tri thức về thiết kế, mô hình hóa, tích hợp và ra quyết định dưới ràng buộc; công nghệ lại bao gồm tổng thể phương tiện và phương pháp cho phép một chức năng được thực hiện.

Khoa học, công nghệ và kỹ thuật khác nhau trước hết ở mục tiêu mà tri thức phục vụ. Khoa học hướng đến việc biết và giải thích; công nghệ hướng đến việc tạo khả năng thực hiện một mục đích; kỹ thuật hướng đến thiết kế và hiện thực hóa giải pháp khả thi trong các điều kiện cụ thể.

Ba lĩnh vực không tách rời nhau. Khoa học có thể cung cấp nguyên lý cho kỹ thuật và công nghệ; kỹ thuật có thể biến nguyên lý thành hệ thống hoạt động; công nghệ có thể tạo công cụ cho cả nghiên cứu khoa học lẫn hoạt động kỹ thuật. Vì vậy, ranh giới hữu ích nhất không phải là “đối tượng này thuộc khoa học, công nghệ hay kỹ thuật”, mà là “trong hoạt động này, con người đang cố gắng tạo tri thức, tạo năng lực ứng dụng hay thiết kế một giải pháp đáp ứng ràng buộc?”.