Thế giới đang trở nên đô thị hóa hơn bao giờ hết. Hiện nay, có 40% dân số sống ở các thành phố, nhưng vào năm 2050 con số dự kiến sẽ tăng lên 60% tương đương với 9 tỷ người. Sự phát triển này đồng nghĩa với các thành phố lớn là nơi đóng góp nhiều nhất đối với nền kinh tế của thế giới. Hơn 30% nền kinh tế và hầu hết phát minh được tập trung ở 100 thành phố. Nhưng mật độ dân số và cơ sở hạ tầng tại các thành phố thường xuyên ở mức ngưỡng, gây tác động xấu đến môi trường khi đây là nơi tiêu thụ 2/3 năng lượng trên toàn cầu và tạo ra phần lớn khí thải gây hiệu ứng nhà kính cho trái đất. Hệ thống cấp nước đô thị xuống cấp, mức độ ô nhiễm thường đặt ở mức báo động là câu chuyện thường ngày được nhắc đến.

Để đối phó với dòng chảy nhập cư về thành phố rất lớn của người dân, chính quyền tại đó phải đưa ra nhiều giải pháp nhằm giải quyết các vấn đề gia tăng từ không gian công cộng, quản trị môi trường cho đến sự bùng nổ của các phương tiện giao thông. Vậy liệu công nghệ có thể giúp kiểm soát mức độ tăng trưởng cũng như đóng vai trò quan trọng trong điều tiết nền kinh tế hay không? Hàng loạt dự án trong việc sử dụng công nghệ để giải quyết những thách thức về xe cộ, giao thông, thời tiết, sử dụng năng lượng, quản lý nước, và thiết lập chính sách.

Các thành phố lớn trên thế giới đã dành 1 tỷ USD mỗi năm cho hệ thống thông minh và dự kiến con số này sẽ tăng 12 tỷ USD hoặc hơn nữa trong 10 năm tới. Tiêu chí đánh giá đối với thành phố thông minh bao gồm 6 phương diện là: kinh tế thông minh, môi trường thông minh, quản lý thông minh, giao thông thông minh, cuộc sống thông minh và con người thông minh. Hiện nay công nghệ đã có thể giúp giải quyết một số vấn đề của thành phố lớn, làm nó trở nên thông minh hơn.

Thiết bị đeo và thành phố thông minh

Công nghệ hội tụ đã dẫn đến sự gia tăng của các thành phố thông minh. Những giải pháp kỹ thuật số, công nghệ và thông tin truyền thông nhằm giúp vận hành và quản lý đô thị dễ dàng hơn. Ý tưởng kết nối nhiều thiết bị lại với nhau có thể giải quyết nhiều vấn đề của cuộc sống, trong đó tiêu biểu là các thiết bị đeo và điện thoại thông minh. Điều này giúp cư dân của thành phố có thể tương tác với các hệ thống kỹ thuật số của nơi họ đang sống. Đây là một phần trong Internet vạn vật (IoT) mà chúng ta đang được nghe đến rất nhiều, nhưng thay vì máy nướng bánh mỳ có thể giao tiếp được với tủ lạnh thì nay là các phương thức và mức độ tương tự được triển khai trên quy mô toàn thành phố.

Một lý do thuận tiện khác là thiết bị đeo dễ sử dụng và tiện lợi với người dùng. Một số thành phố thế giới đã thử nghiệm làm thế nào để tích hợp thiết bị đeo vào ứng dụng thông minh của họ. Tiểu bang Utah ở Mỹ đã thử nghiệm kết hợp kính Google Glass với một ứng dụng điện thoại di động mang đến các cảnh báo bằng hình ảnh theo thời gian thực, từ đó người đeo kính sẽ nhận được thông báo khi một chuyến xe lửa hay xe búyt đang đến gần. Người dùng cũng có thể xem thông tin về các tuyến đường, theo dõi các phương tiện giao thông di chuyển theo thời gian thực. Một số thành phố khác đã thử nghiệm với thiết bị ghi hình đeo trên người như một công cụ tương giác giữa cảnh sát và người dân. Điều này được kỳ vọng làm giảm khiếu nại và phàn nàn của cư dân.

Báo cáo gần đây của Gartner đã chỉ ra rằng các thiết bị đeo phù hợp với kiến trúc tích hợp đa kênh, hay nói cách khác là những sản phẩm công nghệ này có mặt trong càng nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống thì càng tốt. Thiết bị đeo mang đến hiệu quả lớn đối với các ngành nghề như vận chuyển, mua sắm…

Không gian sống công nghệ

Thành phố thông minh không chỉ có các kết nối. Những năm gần đây, công trình xanh là một trong những loại hình được khuyến khích phát triển tại nhiều quốc gia trên thế giới. Theo đó, công trình đạt tiêu chuẩn mới trong xây dựng phải là những công trình đạt được hiệu quả cao trong sử dụng năng lượng và vật liệu, đồng thời hạn chế tác động xấu đến môi trường. Tòa nhà trong tương lai có thể tự vận hành với cấu trúc hạ tầng tương tác và nguồn năng lượng năng động hơn. Các nhà nghiên cứu về khoa học xây dựng chỉ ra 3 loại hình cấu trúc tòa nhà trong tương lai bao gồm: sinh hoạt, tái tạo và thích ứng. Những tòa nhà mới được cung cấp bởi tài nguyên môi trường tự nhiên, khai thác nước mưa để sử dụng làm nguồn nước, lấy gió và ánh sáng để cung cấp năng lượng… Một dự án được gọi là ExoBuilding của Đại học Nottingham, với cấu trúc giống như cái lều có khả năng đọc dữ liệu sinh lý của người dân từ thiết bị đeo.Từ các dữ liệu thu thập được, ngôi nhà này tự thay đổi chiều cao, khối lượng và hình dạng của nó cho phù hợp với tiêu chuẩn mà người dân sống.

Giao thông và cảnh báo thông minh

Những thông tin được phát ra xung quanh chúng ta nhằm đưa ra các chỉ số đang dần trở nên phổ biến và được triển khai trên thế giới. Hệ thống tàu điện ngầm The London Underground hiện đang sử dụng một bộ cảm biến kết hợp với nền tảng điện toán đám mây Azure của Microsoft nhằm theo dõi các vấn đề để phát sinh của hệ thống, đo nhiệt độ, độ rung, độ ẩm hay hiển thị và cảnh báo với người dân xung quanh.

Thành phố London còn đưa ra thử nghiệm một hệ thống đèn giao thông mới có khả năng phát hiện nhiều người đi xe đạp đang tiếp cận và điều chỉnh đèn màu xanh để hỗ trợ phân bổ lưu lượng giao thông. Đây là ý tưởng nhằm làm giảm ùn tắc trong giờ cao điểm. Tuy nhiên, điều này có thể là không cần thiết nếu tuyến đường dành cho người đi xe đạp SkyCycle được triển khai. Đây là giải pháp được đưa ra với 220km tuyến đường dành cho xe đạp được treo trên các đường ray. Điều này không chỉ giảm tắc nghẽn mà còn an toàn hơn đối với người đi xe đạp

Nhưng không chỉ riêng London tham gia các cuộc cách mạng thành phố thông minh. Glasgow của Ailen đã chi 24 triệu bảng Anh để lắp đặt đèn đường phố chiếu sáng cho người đi bộ và người đi xe đạp. Các đèn đường này còn được tích hợp cảm biến cho phép theo dõi lưu lượng trên các tuyến đường. Hay như thành phố Bristol đang thu thập dữ liệu về sức khỏe, tình trạng ô nhiễm và phân thích thông tin bằng cách sử dụng tổ hợp các giải pháp được gọi là 'Hệ điều hành thành phố'.

Giao thông của thành phố sẽ an toàn và hiện đại hơn khi sử dụng hệ thống giao thông thông minh (ITS) làm hệ thống trung tâm. Hệ thống đường cao tốc tự động (AHS) là một dịch vụ của ITS, cho phép cảnh báo nhanh về tai nạn và thông tin giao thông khi dùng thiết bị di động. Một ví dụ đáng chú ý khác là thủ đô Stokholm của Thụy Điển đã lắp đặt 18 máy giám sát, sử dụng công nghệ RFID với các hệ thống máy camera và máy quét (scanner) để nhận dạng tự động tất cả các phương tiện trên đường dẫn vào trung tâm.Với những thiết bị này, các phương tiện đi vào hoặc đi ra khỏi thành phố trong thời gian từ 6h30 đến 18h30 các ngày trong tuần (trừ thứ Bảy và Chủ nhật) đều phải đóng phí ùn tắc giao thông. Nhờ vậy, mức độ ùn tắc giao thông của thành phố đã giảm 25%, đồng thời lượng phát thải khí nhà kính giảm 40%.

Quản lý môi trường và năng lượng

Các thành phố lớn đang tập trung vào xây dựng hệ thống mạng lưới nhằm thu thập thông tin để phân tích, đánh giá tổng quan về môi trường. Song song với đó là phát triển các ứng dụng điều khiển tương tác, cảnh báo sớm và hỗ trợ xử lý sự cố. Các ứng dụng này được dựa nền tảng dịch vụ tương tác thông minh, cho phép cơ quan quản lý, cư dân thành phố và mọi thành phần kinh tế, xã hội tham gia đóng góp xây dựng môi trường. Cùng với đó thì tiết kiệm năng lượng là một trong những tiêu chí hàng đầu của thành phố thông minh. Lưới điện thông minh điện kết hợp với hệ thống phân phối năng lượng mới, như bể cấp nhiên liệu hay sử dụng nguồn tài nguyên tái tạo (mặt trời, gió…). Tất cả cộng đồng liên kết với nhau để sử dụng năng lượng hiệu quả hơn bằng hệ thống thế hệ mới và công nghệ thông tin – truyền thông (ICT). Việc quản lý năng lượng bao gồm quản lý mức tiêu thụ và tăng cường tiết kiệm năng lượng. Hiện tại, thuật ngữ BEMS (building energy management systems) được nhắc đến như một dịch vụ quản lý năng lượng và đáp ứng tức thời nhu cầu, nhưng đồng thời vẫn tiết kiệm năng lượng cho nhiều người sử dụng ở mức tiện nghi. Italy, Malta và Texas đang áp dụng các đồng hồ đo và công cụ thông minh để giúp lưới điện của thành phố họ ổn định, hiệu quả hơn, và sẵn sàng tích hợp với các nguồn năng lượng tái tạo và xe điện.

Tại châu Á, điển hình với thành phố Songdo ở Hàn Quốc được xem là thành phố thông minh đầu tiên trên thế giới. Cảm biến ở đây có khả năng giám sát tất cả mọi thứ từ nhiệt độ, việc sử dụng năng lượng và lưu lượng giao thông. Các chất thải gia đình được hút thẳng từ nhà bếp thông qua một mạng lưới các đường hầm dưới lòng đất để làm giảm chi phí cho các trung tâm xử lý. Tại đây chúng ta sẽ không nhìn thấy xe chở rác trên đường phố. Không chỉ Songdo mà nhiều thành phố cũng đã thành công trong việc ứng dụng công nghệ cao như Masdar (tiểu vương quốc Ả-rập Abu Dhabi) và Paredes (Bồ Đào Nha) nhằm tác động tối thiểu đến môi trường và cung cấp những tiện nghi công nghệ cao như sử dụng năng lượng mặt trời để điều hòa không khí, và hệ thống xử lý chất thải bằng khí nén thay vì xe rác. Thành phố Masdar mong muốn có thể điều chỉnh khu trung tâm theo thời gian thực vì vậy họ thiết kế thành phố có thể là đầu tiên trên thế giới có khả năng phát triển bền vững về kinh tế và môi trường, không thải khí carbon khi hoạt động. Trong khi đó ở Ấn Độ, nơi mà người dân sống ở đô thị được dự đoán sẽ tăng đến 31% vào năm 2026, chính phủ nước này đã đưa kế hoạch đầu tư 1,2 tỷ USD vào 100 thành phố thông minh mới nhưng dường như con số này chẳng thấm vào đâu so với sự bùng nổ dân số.

An ninh và các nguy cơ tiềm ẩn

Có một nhược điểm mà các thành phố ứng dụng loại hình quản lý công nghệ cao gặp phải là tính minh bạch dữ liệu người dùng. Các chuyên gia cảnh bảo rằng thành phố thông minh có thể trở thành thảm họa nếu giới lãnh đạo không đáp ứng được những hứa hẹn hoặc thực thi các chính sách mà không tham khảo ý kiến người dân. Những tính năng giám sát tạo nên lượng dữ liệu khổng lồ và nó có thể được các công ty lớn mua lại.

Người dân sử dụng các dịch vụ công ích công nghệ cao và tạo ra dữ liệu để thành phố sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Tuy nhiên nếu dữ liệu này được các doanh nghiệp sử dụng thì người dân sẽ cảm thấy mình đang bị lợi dụng. Xét trên khía cạnh của nghành tiếp thị kinh doanh thì sức mạnh của luồng dữ liệu đó là mỏ vàng cần được khai thác.

Khi chúng ta đi, làm việc, những gì quan tâm và cả lúc ăn đều có thể tạo ra dữ liệu. Từ đó các doanh nghiệp có thể đưa ra những quản cáo mục tiêu ở từng khoảng khắc. Khi chúng ta ăn một gói đậu phộng, có thể cần thêm một ly bia hay khi chạy thể dục lại cần một cảm giác êm ái ở bàn chân… Các nhà tiếp thị sẽ biết được thời điểm nào nhịp tim của bạn tăng lên và có thể đề xuất với doanh nghiệp một số loại thực phẩm hay thiết bị khiến người dùng thấy thoải mái hơn. Một vài năm trước đã xuất hiện cuộc tranh cãi xung quanh việc sử dụng Wi-Fi công cộng. Hàng loạt điểm phát Wi-Fi tại thành phố London đã theo dõi người đi đường bằng cách xác định các kết nối không giây với điện thoại thông minh. Thông tin như người dùng đến của cửa hàng nào, trong bao lâu đều được bán cho các nhà tiếp thị.

Ngay lập tức, những quảng cáo mục tiêu liên tiếp xuất hiện ngay trước mắt chúng ta. Ví dụ, nếu chuỗi cà phê nhìn thấy khách hàng trung thành trước đây bây giờ đã đi đến cửa hàng đối thủ, hệ thống có thể nhắc nhở hoặc đưa ra một lời đề nghị đặc biệt mà khó ai có thể từ chối. Khi thành phố hoạt động dựa trên một hệ điều hành thì khả năng lớn sẽ trở thành mục tiêu của tin tặc. Các cơ sở hạ tầng giao thông, kiểm soát không lưu, đèn chiếu sáng và hệ thống điều của mỗi tòa nhà trong thành phố khi trở thành nạn nhân thì nguy cơ thảm họa giống như các bộ phim Hollywood đều có thể diễn ra. Ví dụ, hiện đang có 200.000 cảm biến kiểm soát giao thông được lắp đặt trên thế giới, từ Melbourne đến London có thể bị hack bất kỳ lúc nào. Làm gì để bảo vệ để thành phố thông minh?

Các chính phủ cần phải có trách nhiệm hơn khi quyết định áp dụng các giải pháp, không chỉ tập chung tìm kiếm chức năng hoàn hảo, mà phải dành thời gian để hiểu các hệ thống an ninh và đảm bảo rằng chúng thực sự hoạt động có hiệu quả. Hạ tầng an ninh thành phố thông minh phải bao gồm một trung tâm giám sát khẩn cấp và chống chịu trước thảm họa, quản lý và đánh giá an ninh và đảm bảo quản lý nhân dạng.