Vào mùa hè năm 2010, chuẩn bị chuyến đi nghiên cứu dài ngày ở Madagascar, nhà nữ toán học Ingrid Daubechies đã mua tặng chồng một chiếc TV màn hình phẳng 50 inch để anh rủ bạn bè cùng xem các trận bóng ở giải Ngoại hạng Anh. Sau khi lắp ráp xong, vừa bật truyền hình Daubechies đã sửng sốt reo lên vì thấy màn thế hệ mới đã sử dụng chính công nghệ ảnh kỹ thuật số đột phá do bà phát minh mang tên Wavelet.

Ingrid Daubechies, người tiên phong khai thác wavelet vào thế giới hình ảnh kỹ thuật số

Vào đầu những năm 1980, Grossmann và nhà địa vật lý người Pháp Jean Morlet bắt đầu sử dụng các kỹ thuật từ cơ học lượng tử để nghiên cứu các đường cong lượn sóng được máy đo địa chấn vẽ ra. Thế là thuật ngữ “wavelet” (sóng nhỏ) ra đời. Ý tưởng khai sáng wavelet của Ingrid Daubechies có thể tóm lại trong suy nghĩ: “Ta có thể xây dựng hầu hết mọi thứ bằng cách kết hợp các sóng có bước sóng khác nhau theo những cách thông minh”.

Khám phá này là thành công sự nghiệp toán học đầu tiên của Ingrid Daubechies, được thực hiện vào năm 1987 khi bước vào tuổi 33, khởi đầu cho công cuộc phát minh ra các thuật toán nén hình ảnh trên thế giới, chẳng hạn như định dạng JPEG2000.

Wavelet của Daubechies là công cụ toán học biến thiên uyển chuyển có thể được xem như thấu kính phóng to thu nhỏ, giúp làm nổi bật những thông số quan trọng nhất chứa trong một hình ảnh. Nhờ phát hiện ra wavelet, Daubechies đã tìm ra nhiều cách tối ưu để thể hiện và phân tích từng tấm ảnh với thông tin về độ phân giải chúng chứa đựng.

Hiệu ứng lan tỏa đa lĩnh vực từ phát minh wavelet

Ingrid Daubechies nổi tiếng nhất khi giới toán học xem bà là kẻ tiên phong của thuật toán wavelet, nhưng thực tế, những đóng góp khoa học của bà trong ba thập kỷ qua đã xuất hiện và lan tỏa ra mọi hướng, xuất phát từ lĩnh vực xử lý tín hiệu. Ứng dụng xử lý tín hiệu chiếm một tỷ lệ rất lớn trong toán ứng dụng về hình học chuyển động và ứng lực hiện nay. 

Không chỉ với toán học, gần đây trong nghiên cứu mỹ thuật, bằng cách khai thác các tính năng có trong wavelet như trung gian, trích xuất và đơn giản hóa, Daubechies đã phân tích chuyên sâu hình ảnh sáng tạo nghệ thuật của một bức họa. Phát minh của Daubechies đã đưa bà từ những hội nghị toán thế giới bước chân vào các Bảo tàng Mỹ thuật ở nhiều thành phố lớn để làm công tác chuyên gia phục hồi các danh họa cổ, đặc biệt là mỹ thuật Phục Hưng hay mỹ thuật giáo hội thời Trung Cổ.

Daubechies đã từng thân chinh dùng công nghệ wavelet để phân tích tính toán những nét cọ của các danh họa như Vincent van Gogh để mô tả đúng chất phong cách nghệ sĩ của họ, đồng thời giúp xác định truy tìm các tác phẩm giả mạo. Ở mảng hoạt hình, thuật toán lấy cảm hứng từ wavelet đã được sử dụng trong những bộ phim như “A Bug’s Life”.

Gần đây, wavelet của Daubechies cũng đóng góp vào thành công của kỹ thuật máy học, nổi bật nhất là giao thức GPT-3, một mô hình dự đoán ngôn ngữ giúp người ta giải quyết nhiều thứ từ viết tiểu luận, trả lời các câu hỏi đố, soạn mã máy tính đến định hướng hiện thực nội dung văn bản.

Ngoài ra, từ wavelet khoa học còn phát triển thêm được AlphaFold, một công nghệ trí tuệ nhân tạo có khả năng dự đoán cấu trúc protein, nhắm tới mục tiêu giải quyết một thách thức lớn kéo dài 50 năm qua trong mảng sinh học thế giới. Wavelet đang cất cánh cả trong an ninh xã hội khi được F.B.I triển khai trong việc số hóa cơ sở dữ liệu dấu vân tay.

Ingrid Daubechies, tài năng củng cố nữ quyền

Bước vào tuổi trưởng thành vào những năm 1970 trong làn sóng thứ hai của nữ quyền, Ingrid Daubechies theo đại học Brussels với kỳ vọng trở thành cô sinh viên giỏi nhất trong thế giới nghiên cứu, một “Meryl Streep của toán học”. Cô quyết nâng cao tỷ lệ 30% số tiến sĩ toán học là phụ nữ theo khảo sát của Hiệp hội Toán học Hoa Kỳ.

Sống trong bối cảnh 90% dân số thế giới có thành kiến sâu sắc đối với giới nữ ngày ây, Daubechies cũng đã chứng kiến sự phân biệt đối xử khi đang phục vụ trong các ủy ban tuyển dụng, trao gỉai thưởng quốc gia hay bồi thẩm đoàn. Daubechies đã từng cảm thấy mệt mỏi với cuộc đấu tranh bất bình đẳng này khi thất bại trước ứng cử viên nam giới lão làng trong lần đề cử một nhà toán học nữ xuất thân là một cô nuôi dạy trẻ.

Tuy nhiên nữ quyền có thể tự hào khi nhiều giải thưởng danh giá đã đến với Ingrid Daubechies theo sau sự ra đời của wavelet. Chúng bao gồm học bổng Guggenheim và MacArthur, tước hiệu nam tước do Vua Albert II của Vương quốc Bỉ phong tặng năm 2012 hay bằng tiến sĩ khoa học danh dự của Harvard năm 2019. Daubechies cũng vinh dự trở thành nhà khoa học nữ đầu tiên nhận được giải thưởng của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia về toán.

Lời kết

Dù trong lĩnh vực nào công việc của Ingrid Daubechies cũng đều có ý nghĩa vô cùng to lớn, tích tụ sức mạnh truyền cảm hứng cho thế hệ các nhà nghiên cứu nữ đi sau. Wavelet của bà khơi nguồn những khám phá công nghệ mới khác về biểu thị tín hiệu và hình ảnh, đồng thời cũng phát triển phong phú thêm lý thuyết và công cụ thích hợp. Khi chúng được khai thác tốt sẽ giúp các nhà chuyên môn cả ngành văn hóa, mỹ-nghệ thuật lẫn toán học giải quyết được các vấn đề nảy sinh.