Mã QR: Từ nhà máy Toyota đến quán ăn Việt, cám ơn Nhật bản
Mã QR ngày nay xuất hiện ở khắp mọi nơi: từ menu nhà hàng, thanh toán di động, vé máy bay cho đến chứng nhận y tế. Ít người biết rằng công nghệ này được phát minh vào năm 1994 tại một công ty thuộc tập đoàn Toyota, xuất phát từ nhu cầu thực tế của dây chuyền sản xuất ô tô. Masahiro Hara, kỹ sư người Nhật Bản, đã dẫn dắt quá trình phát triển mã QR với mục tiêu ban đầu rất cụ thể: giúp theo dõi linh kiện hiệu quả hơn trong môi trường nhà máy.
Lý do xuất hiện mã QR
Vào những năm đầu thập niên 1990, ngành công nghiệp ô tô Nhật Bản đang chuyển sang mô hình sản xuất linh hoạt với nhiều chủng loại và số lượng nhỏ. Hệ thống kanban của Toyota đòi hỏi theo dõi chi tiết thông tin về từng linh kiện. Mã vạch một chiều (barcode) truyền thống chỉ chứa được khoảng 20 ký tự chữ và số. Do đó, một linh kiện phức tạp thường cần dán nhiều mã vạch khác nhau, đôi khi lên đến 5–10 mã. Công nhân phải quét từng mã một, dẫn đến tình trạng quét hàng nghìn lần mỗi ngày trong mùa cao điểm. Hơn nữa, môi trường nhà máy có dầu mỡ dễ làm mã vạch bị lem, gây gián đoạn sản xuất. Denso – công ty con của Toyota chuyên về thiết bị điện tử và tự động hóa – nhận nhiệm vụ cải tiến hệ thống này. Năm 1992, Masahiro Hara, lúc đó làm việc tại bộ phận phát triển mã vạch và thiết bị nhận dạng quang học (OCR) của Denso, được giao nhiệm vụ phát triển một loại mã mới. Mục tiêu là tạo ra mã có dung lượng thông tin lớn hơn, tốc độ đọc nhanh hơn và khả năng chịu đựng điều kiện khắc nghiệt của nhà máy. Quá trình phát triển mã QRHara nhận thấy mã vạch một chiều đã đạt giới hạn về dung lượng và tốc độ. Ông và đồng nghiệp chuyển hướng sang phát triển mã hai chiều (2D). Thách thức lớn nhất là làm sao để máy quét xác định nhanh vị trí và hướng của mã mà không cần căn chỉnh chính xác.
Nguồn cảm hứng làm ra mã QR
Cảm hứng đầu tiên đến từ trò chơi cờ vây (Go) mà Hara thường chơi vào giờ nghỉ trưa. Bàn cờ với các quân đen trắng sắp xếp trên lưới gợi ý cách mã hóa thông tin theo hai chiều ngang và dọc. Tuy nhiên, để máy quét nhận diện mã nhanh chóng từ mọi góc độ, cần có các mẫu định vị đặc biệt ở ba góc của mã. Một ý tưởng quan trọng khác xuất hiện khi Hara đang ngồi trên tàu. Ông quan sát một tòa nhà có cách sắp xếp cửa sổ tầng trên khác biệt so với tầng dưới. Điều này gợi ý cần có một “dấu hiệu nhận diện” độc đáo để máy quét phân biệt mã với các mẫu in ấn xung quanh.
Vì sao mã QR luôn có 3 ô vuông định vị:
Để thiết kế mẫu định vị này, Hara và đồng nghiệp đã nghiên cứu kỹ lưỡng tỷ lệ đen-trắng trên rất nhiều tài liệu in ấn như tạp chí, tờ rơi và thùng carton. Họ tìm kiếm tỷ lệ hiếm gặp nhất để tránh nhầm lẫn. Sau khoảng sáu tháng nỗ lực đo đạc và thử nghiệm, họ xác định được tỷ lệ 1:1:3:1:1. Tỷ lệ này cho phép máy quét nhận diện mã ngay lập tức bất kể góc nhìn. Ngoài ra, mã QR được tích hợp cơ chế sửa lỗi (error correction) dựa trên thuật toán tương tự Reed-Solomon, cho phép đọc chính xác ngay cả khi mã bị lem, xước hoặc hỏng đến khoảng 30% diện tích. Điều này đặc biệt phù hợp với môi trường nhà máy có dầu mỡ. Sau khoảng một năm rưỡi đến hai năm nghiên cứu và thử nghiệm, mã QR hoàn thành và được giới thiệu vào năm 1994. Tên gọi “Quick Response” (QR) phản ánh mục tiêu ban đầu là phản hồi nhanh chóng. Mã có thể chứa khoảng 7.000 ký tự, bao gồm cả chữ Kanji, và đọc nhanh hơn đáng kể so với mã vạch thông thường.
Bằng sáng chế và chiến lược phổ biến
Denso Wave được cấp bằng sáng chế cho QR code tại Mỹ (1998), Nhật Bản (1999) và châu Âu (2000). Thay vì thu phí bản quyền trên mỗi lần sử dụng, công ty quyết định không thực thi quyền sở hữu trí tuệ đối với mã QR tiêu chuẩn và công khai thông số kỹ thuật để mọi người có thể sử dụng miễn phí. Lý do được Hara giải thích trong các phỏng vấn sau này: Dù công nghệ tốt đến đâu, nếu không có hạ tầng thiết bị đọc thì cũng khó phổ biến rộng rãi. Công ty tập trung vào thế mạnh sản xuất thiết bị đọc và các giải pháp liên quan, đồng thời mong muốn mã QR được nhiều công ty khác cùng phát triển để nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn toàn cầu. Quyết định này tạo điều kiện cho QR code lan tỏa mà không bị rào cản chi phí bản quyền.
Sự lan tỏa và tác động thực tế
Ban đầu, QR code được áp dụng chủ yếu trong ngành ô tô và logistics để quản lý linh kiện. Sau đó, nó mở rộng sang các lĩnh vực như tiếp thị, vé điện tử và quảng cáo. Từ những năm 2010, QR code trở nên phổ biến mạnh mẽ tại Trung Quốc thông qua các ứng dụng thanh toán di động. Năm 2020, trong bối cảnh đại dịch COVID-19, QR code đóng vai trò quan trọng trong các giải pháp tiếp xúc ít: menu điện tử, thanh toán không chạm, ứng dụng truy vết tiếp xúc và chứng nhận y tế. Hara chia sẻ trong cuộc phỏng vấn với The Guardian năm 2020: “Tôi thực sự hài lòng khi thấy nó được sử dụng để giúp cải thiện sự an toàn cho mọi người. Năm 1994, chúng tôi tập trung vào mục đích kinh tế, không bao giờ nghĩ nó sẽ được dùng cho việc này.”
Về Masahiro Hara
Masahiro Hara sinh ngày 8 tháng 8 năm 1957 tại Tokyo, tốt nghiệp khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Đại học Hosei năm 1980. Ông tiếp tục làm việc tại Denso Wave và vẫn đóng góp cho sự phát triển của công nghệ QR code. Trong các phỏng vấn, Hara thể hiện sự khiêm tốn và ngạc nhiên trước mức độ lan tỏa của phát minh. Ông cho biết từng mơ ước mã QR được sử dụng trên toàn thế giới, nhưng không ngờ nó sẽ thâm nhập sâu vào đời sống hàng ngày như thanh toán tại Kenya hay các ứng dụng y tế. Năm 2014, đội ngũ phát triển QR code (bao gồm Hara) nhận giải thưởng European Inventor Award – Popular Prize do Cơ quan Sáng chế Châu Âu trao tặng, dựa trên sự công nhận rộng rãi của công chúng sau 20 năm.
Lý do QR code thành công
QR code thành công nhờ sự kết hợp giữa các tính năng kỹ thuật vượt trội và chiến lược phổ biến thông minh. Về mặt kỹ thuật, ba yếu tố then chốt là: mẫu định vị ở ba góc cho phép đọc từ mọi hướng, dung lượng thông tin lớn, và khả năng sửa lỗi cao. Những đặc điểm này giải quyết trực tiếp các hạn chế của mã vạch truyền thống.
Về mặt chiến lược, việc công khai thông số kỹ thuật và không thu phí bản quyền đã loại bỏ rào cản sử dụng, khuyến khích các công ty khác phát triển ứng dụng và thiết bị. Điều này tạo ra hiệu ứng lan tỏa mạnh mẽ, biến QR code từ giải pháp công nghiệp thành công nghệ toàn cầu. Từ câu chuyện này cho thấy một phát minh kỹ thuật thành công thường xuất phát từ việc giải quyết vấn đề thực tiễn cụ thể, kết hợp với tầm nhìn về sự chia sẻ và hợp tác để công nghệ được áp dụng rộng rãi. Câu chuyện phát minh mã QR của Masahiro Hara là ví dụ tiêu biểu về sự đổi mới xuất phát từ nhu cầu thực tế của sản xuất. Từ những thách thức tại nhà máy ô tô đến việc trở thành công cụ hỗ trợ hàng tỷ người trong giao dịch số và ứng phó khủng hoảng, QR code minh họa cho sức mạnh của công nghệ khi được thiết kế với tính thực tiễn và tinh thần cởi mở. Di sản của Hara không chỉ nằm ở những ô vuông đen trắng, mà còn ở cách nó kết nối thế giới vật lý với thế giới số một cách đơn giản và hiệu quả.
