Các phát minh sử dụng nguồn nước, năng lượng điện hay công nghệ cùng chung mục tiêu giúp giải phóng con người khỏi những công việc nguy hiểm, năng suất thấp.
Máy kéo sợi
Trong những năm 1700 tại châu Âu, một số phát minh quan trọng đã thúc đẩy cuộc cách mạng trong ngành dệt. Năm 1764, James Hargreaves, người Anh, đã phát minh ra máy kéo sợi Jenny, giúp tăng năng suất gấp 8 lần.
Tại thời điểm đó, các nhà sản xuất bông không thể đáp ứng đủ nhu cầu về hàng dệt may vì mỗi người thợ chỉ sản xuất được một ống chỉ trong cùng một thời điểm. Sau khi làm sạch nguyên liệu thô như len, lanh, bông, nhân công kéo sợi vải bằng xa quay sợi với 1 cọc suốt.
Trong khi đó, máy Jenny sử dụng 16 - 18 cọc suốt và chỉ cần một công nhân điều khiển, cho phép tạo ra nhiều sợi vải hơn trong cùng một thời điểm. Nhằm tăng năng suất, tại các nhà máy, máy Jenny được trang bị 80 - 120 cọc suốt.
Phát minh của Hargreaves giúp tăng cường nguồn cung cấp sợi vải cho ngành dệt may. Đồng thời, giúp giảm nhu cầu nguồn lao động, tiết kiệm sức lao động, phí vận chuyển nguyên liệu thô.
Tuy nhiên, máy Jenny kéo được sợi nhỏ nhưng không bền. Quá trình sản xuất mới làm giảm giá vải, từ đó hàng dệt may được đưa đến tay nhiều người tiêu dùng hơn.
Đến năm 1769, Thomas Arkwright chế ra máy kéo sợi chạy bằng sức nước, giúp tiết kiệm sức lao động. Tuy nhiên, thiết bị này yêu cầu đặt gần sông để lợi dụng sức nước chảy.
Chất lượng sợi vải chắc chắn hơn so với được làm từ máy Jenny nhưng lại thô. Đến năm 1779, Cromton đã cải tiến hai loại máy thành sản phẩm chất lượng tốt hơn dựa trên sức nước. Máy kéo được sợi nhỏ, chắc giúp vải dệt có tính thẩm mỹ và độ bền cao.
Máy kéo sợi là phát minh quan trọng giúp cung cấp nguyên liệu cho ngành dệt may tại châu Âu. Đồng thời đặt nền móng đầu tiên cho những phát minh khoa học mới trong cách mạng công nghiệp lần thứ 1.
Động cơ hơi nước
Xuất phát điểm là động cơ hơi nước, dùng để giải quyết vấn đề loại bỏ nước khỏi các mỏ khoáng sản bị ngập. Để giải quyết vấn đề này, Jerónimo de Ayanz, nhà quản lý khai thác mỏ người Tây Ban Nha đã sáng tạo ra cỗ máy sử dụng năng lượng hơi để hút nước.
Đến năm 1698, Thomas Savery, người Anh, đã sáng chế ra động cơ hơi nước đầu tiên trên thế giới. Máy sử dụng hơi nồi hơi để bơm nước liên tục nhưng chỉ từ những nơi có độ sâu nông.
Đến lượt Thomas Newcomen, người Anh, tạo ra thiết bị cải tiến bơm nước vào năm 1711. Tuy nhiên, những máy móc này vẫn còn nhiều hạn chế do hoạt động kém hiệu quả, mức nước hút được còn ít.
Phải đến năm 1765, James Watt, làm việc tại Trường ĐH Glasgow, Scotland, đã phát minh ra máy hơi nước, khắc phục được tất cả những nhược điểm của máy móc trước đây. Watt đã thiết lập một bình ngưng tụ riêng biệt cho phép xi lanh hơi trong máy hơi nước duy trì ở nhiệt độ không đổi. Từ đó, làm tăng gấp đôi công suất so với động cơ hơi nước do Newcomen sản xuất.
Chưa dừng lại ở đó, phát minh này đã mở đầu quá trình cơ giới hóa, thúc đẩy nhiều ngành kinh tế khác ra đời và phát triển các ngành như dệt, luyện kim, khai thác mỏ hay giao thông vận tải.
Các phát minh khoa học sau đó tập trung giải quyết bài toán thay thế sức lao động chân tay bằng máy móc, giúp giảm nhân công trong những công việc đòi hỏi sức lao động cao nhưng không làm mất đi, thậm chí làm tăng năng suất lao động.
Ô tô
Cách mạng công nghiệp lần thứ nhất tập trung khai thác năng lượng nước, hơi nước và cơ giới hóa sản xuất. Trong khi đặc trưng của cách mạng công nghiệp lần thứ hai là sử dụng năng lượng điện và sử dụng dây chuyền sản xuất hàng loạt trên quy mô lớn. Một trong những phát minh nổi bật vào thời điểm này là ô tô.
Chiếc ô tô đầu tiên được phát minh bởi kỹ sư người Đức, Karl Benz vào năm 1885. Xe sử dụng động cơ đốt trong, chạy bằng xăng với vận tốc 16km/h. Thiết kế của xe gồm 3 bánh lớn, ghế ngồi làm bằng gỗ, sơn màu nâu vàng.
Lốp xe làm bằng cao su đặc biệt với những nan hoa bằng thép đan cài vào nhau. Người lái điều khiển xe di chuyển bằng bộ phận cầm tay được đóng thẳng vào trục xe.
Nhìn bề ngoài, chiếc xe trông tương đối đơn giản, ít chi tiết nhưng nó gồm bình xăng con, chân ga, bugi đánh lửa, hệ thống làm mát động cơ bằng nước, hệ thống sang số.
Sau 3 năm, ô tô của Karl Benz đã thay thế xe ngựa kéo. Nhiều người dân bắt đầu mua nó, góp phần thúc đẩy sự tăng trưởng của nền kinh tế đất nước. Phương tiện này giúp con người di chuyển thuận lợi, nhanh chóng hơn, giảm nguồn nhân lực trong việc chăm sóc, điều khiển ngựa kéo.
Tua bin hơi
Năm 1884, kỹ sư người Anh, Sir Charles Parsons, đã sáng chế ra máy tua bin hơi đầu tiên. Đây là thiết bị chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng. Chuyển động quay của tua bin tạo ra năng lượng, phù hợp cho hoạt động của máy phát điện.
Bên trong tua bin chứa các cánh nhỏ gồm cánh cố định giữa tua bin và cánh di động gắn vào rotor. Khi hơi nước đi qua cánh cố định, tiết diện hẹp lại khiến vận tốc hơi nước tăng lên.
Đồng thời, nhiệt năng của hơi nước bắt đầu chuyển thành động năng, đi đến các cánh di động. Những cánh di động cong theo một hướng làm thay đổi luồng hơi nước và làm quay rotor. Đến lúc này, động năng được chuyển hóa thành cơ năng, làm quay máy phát điện. Phát minh của Parsons tạo ra nguồn điện rẻ, dồi dào, phục vụ cách mạng hóa vận chuyển.
Tua bin hơi được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ quy mô trung bình đến lớn gồm: Ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất, sản xuất điện, xử lý chất thải, sử dụng làm máy bơm hoặc máy nén trong ngành dầu khí, tạo năng lượng điện trong các nhà máy điện.
Thiết bị dọn nhà cửa
Từ nền tảng cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 3 và 4, con người đã ứng dụng điện tử, công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo và robot (người máy) vào các phát minh khoa học. Có thể nói đây là bước tiến lớn đối với xã hội loài người, giúp tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên, nguồn lực lao động, giảm chi phí khi tạo ra cùng khối lượng hàng hóa tiêu dùng.
Một trong những bước tiến của khoa học công nghệ trong thời kỳ này là máy móc thay thế con người làm việc nhà, giúp giảm sức lao động cho công việc gia đình. Từ đó, giải phóng người phụ nữ khỏi việc nhà, đồng thời cho phép họ tạo vị thế trên thị trường lao động toàn cầu.
Năm 1905, kỹ sư người Mỹ, Walter Griffith, phát minh ra chiếc máy hút bụi di động đầu tiên, sử dụng ống và vòi hút hoạt động linh hoạt để vệ sinh nhiều vị trí khác nhau trong nhà. Đến năm 1997, nhà sản xuất Electrolux, Thụy Điển, ra mắt máy hút bụi di động Trilobite.
Đây là máy hút bụi tự động đầu tiên trên thế giới, không cần sử dụng sức người. Chiếc máy này đã tạo tiền đề cho nhiều hãng thiết bị công nghệ trên thế giới học tập, phát triển. Hiện nay, robot hút bụi được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau với giá thành từ trung bình đến cao, phù hợp với nhu cầu sử dụng và túi tiền của các hộ gia đình.
Bước tiến tiếp theo là robot lau nhà hoặc robot hút bụi tích hợp lau sàn. Thiết kế của loại máy này hình tròn, giúp nó di chuyển dễ dàng, tiếp cận những ngóc ngách trong gia đình.
Trước khi làm việc, robot sẽ chụp quét không gian nhằm thiết lập bản đồ trong căn phòng sau đó tự định vị và lập phương án lau dọn tối ưu nhất. Hệ thống chổi quét hai bên sườn của robot giúp quét bụi bẩn vào bên trong khoang chứa. Sau đó, robot sử dụng hệ thống khăn lau sàn để làm sạch căn nhà. Khi gặp chướng ngại vật, robot sẽ tìm hướng đi khác.
Bên cạnh robot lau nhà, hiện nay có nhiều thiết bị làm sạch thông minh giúp tối ưu việc lau dọn nhà cửa, giúp gia chủ tiết kiệm sức lao động như máy giặt, máy sấy khô, máy rửa bát, nồi cơm điện, nồi chiên không dầu. Tất cả sản phẩm này đều ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo, robot và công nghệ thông tin.
Thiết bị điều khiển từ xa đa năng
Hiện nay, các sản phẩm công nghệ đều hướng đến mục tiêu giải phóng tối đa sức lao động của con người. Các thiết bị điều khiển từ xa đa năng giúp con người không mất nhiều công sức, giảm mỏi mệt vì phải di chuyển nhiều sau ngày làm việc mệt mỏi. Đồng thời, thiết bị điều khiển từ xa giúp con người cảm thấy được làm chủ cuộc sống của mình.
Vốn quen thuộc với nhiều người, thiết bị điều khiển từ xa sử dụng để điều khiển từ khoảng cách người dùng đến thiết bị tại một khoảng cách nhất định. Hiện nay, TV, quạt trần, điều hòa… hầu như đều sử dụng điều khiển từ xa nhưng rắc rối là gia chủ phải cất giữ nhiều điều khiển khác nhau cho các thiết bị riêng biệt.
Thiết bị điều khiển từ xa đa năng tích hợp tính năng của tất cả các loại điều khiển, đến từ mọi nhãn hàng. Hầu hết sản phẩm sử dụng màn hình cảm ứng, mang lại cảm giác hiện đại như các thiết bị di động thông minh hiện nay.
Robot
Được phát minh từ những năm 60, robot nhằm thay thế con người làm các công việc nặng nhọc, nguy hiểm trong môi trường độc hại. Qua thời gian, quá trình sản xuất robot trở nên phức tạp hơn nhằm tăng khả năng thích ứng linh hoạt, giúp robot trở nên thông minh hơn. Đây là “cánh tay phải” đắc lực cho những hoạt động sản xuất của con người.
Thiết kế ban đầu của robot là tay máy, mô phỏng theo cánh tay người để làm việc trong các môi trường khó khăn như sơn, hàn xì, gắp phôi hoặc ứng dụng trong sản xuất thực phẩm, dược phẩm giúp tiết kiệm sức lao động trong những công việc tay chân.
Sáng chế robot gần đây nhất là robot gia đình với thiết kế nhỏ gọn, hình dáng, màu sắc hài hòa, thân thiện với người dùng. Các loại máy hút bụi, máy lau nhà thông minh cũng là một phần của robot gia đình.
Ngoài ra, một số robot gia đình được thiết kế mô phỏng theo hình dáng con người, sử dụng trí tuệ nhân tạo để vận hành, phát hiện giọng nói. Chúng có thể giúp trông trẻ, quản lý nhà cửa, đọc truyện, phát nhạc, gọi điện, nhắn tin giống như một trợ lý cá nhân.
Trong nhiều nhiệm vụ, robot làm tốt hơn con người nhưng robot chưa thể thay thế con người trong công việc. Tuy nhiên, robot được đánh giá là lĩnh vực công nghệ đang được nghiên cứu mạnh mẽ. Trong tương lai gần, robot có thể trở nên phổ biến hơn, hứa hẹn có thể thay thế con người từ quản lý nhà cửa, nuôi dạy con cái đến tham gia vào thị trường lao động.
