Từ những quán trà đá vỉa hè đến các trung tâm thương mại sầm uất, từ tờ khai y tế trong dịch bệnh đến việc truy xuất nguồn gốc một trái cây, ô vuông đen trắng nhỏ bé mang tên mã QR đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại của người Việt Nam và toàn thế giới.
Nhưng ít ai biết rằng, đằng sau phát minh mang tính cách mạng này là câu chuyện về một kỹ sư trầm lặng người Nhật, những ván cờ vây giờ nghỉ trưa, một khoảnh khắc "eureka" trên tàu hỏa, và một quyết định kinh doanh táo bạo đã tặng không công nghệ này cho nhân loại.
Đây là hành trình của Masahiro Hara và mã QR – câu chuyện về cách một giải pháp cho nhà máy ô tô đã thay đổi cách chúng ta kết nối với thế giới.
Người đàn ông đứng sau mã QR
Masahiro Hara
Masahiro Hara, sinh ngày 8/8/1957 tại Tokyo, là kỹ sư của Denso Wave (công ty con của Toyota) và được thế giới công nhận là "cha đẻ của mã QR". Thật trùng hợp, ngày sinh của ông, 8/8, sau này cũng được chọn làm ngày đặt tên cho mã QR.
Khi mới gia nhập NIPPON DENSO (nay là DENSO), Hara là một kỹ sư phần cứng chuyên về mạch analog. Sự nghiệp của ông có lẽ đã đi theo một hướng hoàn toàn khác nếu không có một cuộc đối thoại định mệnh.
Người sếp đã hỏi liệu ông có thể làm việc với phần mềm không. Khi Hara từ chối với lý do "tôi là nhà thiết kế phần cứng", ông đã nhận được một câu trả lời thẳng thắn nhưng đầy tầm nhìn: "Trong 10 năm nữa, chúng ta sẽ ở trong thời đại của máy tính, và chúng ta sẽ không cần một người không thể làm phần mềm".
Câu nói này không chỉ là một mệnh lệnh mà còn là một lời tiên tri về sự chuyển dịch của toàn bộ ngành công nghiệp. Nó đã trở thành một cú hích cực lớn, buộc Hara phải thoát ra khỏi vùng an toàn của mình.
Kết quả là, ông đã bí mật và chăm chỉ tự học phần mềm. Quyết định này không chỉ cứu vãn sự nghiệp mà còn trang bị cho ông bộ kỹ năng liên ngành thiết yếu để sau này có thể phát minh ra mã QR.
Vào thập niên 90, ngành công nghiệp Nhật Bản đang trong giai đoạn chuyển mình mạnh mẽ từ sản xuất hàng loạt sang sản xuất linh hoạt, đa dạng chủng loại với số lượng nhỏ. Đây là thời kỳ mà hệ thống sản xuất "Just-in-Time" và phương pháp Kanban của Toyota được đẩy lên đỉnh cao, đòi hỏi việc theo dõi từng linh kiện phải đạt đến mức độ chi tiết và chính xác tuyệt đối.
Nghịch lý thay, chính hệ thống được thiết kế để tối ưu hóa hiệu quả này lại làm bộc lộ sự kém hiệu quả của công nghệ mã vạch truyền thống. Mã vạch, một công nghệ mã hóa một chiều, đã tạo ra một "nút thắt cổ chai" thông tin, đi ngược lại triết lý "luồng chảy" của Kanban.
Những hạn chế "chết người" của mã vạch
Công nghệ mã vạch, vốn là một cuộc cách mạng vào những năm 70, đã trở nên lỗi thời trước yêu cầu mới. Những hạn chế của nó ngày càng bộc lộ rõ trong môi trường sản xuất của Toyota.
Với dung lượng thấp, mỗi mã vạch chỉ có thể lưu trữ khoảng 20 ký tự chữ và số. Con số này là quá ít ỏi để chứa đựng các thông tin chi tiết cần thiết như lịch sử sản xuất, ngày vận chuyển, hay số lô hàng.
Để bù đắp cho dung lượng thấp, công nhân phải dán và quét nhiều mã vạch cho cùng một bộ phận. Tình hình trở nên nghiêm trọng đến mức một công nhân có thể phải quét tới 1.000 mã vạch mỗi ngày. Công việc quét mã tốn nhiều thời gian hơn cả việc sản xuất, một điều phi lý trong một hệ thống đề cao hiệu suất như Toyota.
Mã vạch cũng rất nhạy cảm với bụi bẩn, dầu mỡ và các vết xước. Trong môi trường công nghiệp, một khi bị bẩn, chúng trở nên không thể đọc được, gây gián đoạn toàn bộ dây chuyền sản xuất.
Vì là mã 1 chiều, mã vạch phải được quét theo một hướng nhất định (từ trái sang phải), gây bất tiện khi sản phẩm được đặt ở các vị trí và góc độ khác nhau.
Năm 1992, Masahiro Hara được giao nhiệm vụ phát triển một máy quét mã vạch nhanh hơn. Tuy nhiên, với tư duy của một người đã tự trang bị kiến thức cả về phần cứng và phần mềm, ông nhanh chóng nhận ra vấn đề không nằm ở máy quét, mà ở chính bản chất của công nghệ mã vạch.
Ông đã định nghĩa lại vấn đề: gốc rễ không phải là tốc độ quét mà là băng thông thông tin của mã vạch quá hẹp. Dù máy quét có nhanh đến đâu, việc phải quét 10 lần vẫn chậm hơn quét 1 lần. Giải pháp thực sự không phải là tăng tốc độ truyền, mà là tăng lượng dữ liệu có thể truyền trong một lần.
Từ đó, ông quyết định phải phát triển một loại mã 2 chiều hoàn toàn mới: nhỏ gọn hơn, chứa được nhiều thông tin hơn (bao gồm cả ký tự Kanji và Kana phức tạp của Nhật), và quan trọng nhất là phải đọc được ở tốc độ cao.
Khoảnh khắc từ bàn cờ vây
Ý tưởng nền tảng cho cấu trúc của mã QR đến từ một nơi không ai ngờ tới: bàn cờ vây. Trong giờ nghỉ trưa, khi đang chơi cờ, Hara nảy ra suy nghĩ về việc sắp xếp các ô vuông đen trắng trên bàn cờ để mã hóa thông tin một cách dày đặc và hiệu quả. Cấu trúc ma trận của bàn cờ đã trở thành tiền thân cho cấu trúc 2 chiều của mã QR.
Tuy nhiên, thách thức lớn nhất của các mã 2D thời đó là tốc độ đọc rất chậm. Máy quét thường bị "bối rối" và mất nhiều thời gian để xác định vị trí của mã nếu có các hình ảnh hoặc ký tự khác xuất hiện xung quanh.
Giải pháp cho bài toán này lại đến vào một ngày nghỉ, khi Hara đang uống bia và nhìn ra ngoài cửa sổ tàu hỏa. Ông nhận thấy một tòa nhà có sự sắp xếp các ô cửa sổ rất độc đáo và khác biệt.
Khoảnh khắc đó đã lóe lên trong đầu ông ý tưởng về một "dấu hiệu độc nhất" để máy quét có thể ngay lập tức nhận ra "Đây là một mã QR". 2 Đó chính là nguồn gốc của ba ô vuông định vị đặc trưng ở ba góc của mã QR. Thiết kế thiên tài này cho phép mã được quét chính xác và nhanh chóng từ bất kỳ góc độ nào, một ưu điểm vượt trội hoàn toàn so với mã vạch.
Để máy quét có thể phân biệt được đâu là vùng dữ liệu, đâu là vùng định vị, nhóm của Hara cần tìm ra một tỷ lệ đặc biệt giữa các vùng đen và trắng trong các ô định vị. Họ bắt tay vào một công việc tỉ mỉ đến khó tin: đo lường tỷ lệ của vô số ký tự và hình ảnh trong cuộc sống hàng ngày, từ báo chí, tạp chí đến các loại tài liệu khác.
Quá trình này vô cùng gian nan. Hara thừa nhận đã sống trong sự nghi ngờ mỗi ngày, không biết liệu một tỷ lệ như vậy có thực sự tồn tại hay không. Đỉnh điểm của thử thách là khi ông cho máy tính chạy phân tích liên tục suốt mùa hè, dẫn đến việc máy bị treo và xóa sạch toàn bộ dữ liệu mà nhóm đã dày công thu thập.
Nhưng họ không bỏ cuộc. Sau sáu tháng ròng rã, họ đã tìm ra "tỷ lệ vàng": 1:1:3:1:1. Hara khẳng định rằng nếu không có tỷ lệ này, sẽ không có mã QR. Tỷ lệ này cực kỳ hiếm gặp trong tự nhiên và các thiết kế nhân tạo, giúp máy quét không bao giờ bị nhầm lẫn.
Bên cạnh đó, xuất phát từ sự thấu hiểu sâu sắc bối cảnh sử dụng thực tế – nhà máy sản xuất đầy dầu mỡ và va đập – Hara và nhóm đã tích hợp một vũ khí bí mật: cơ chế sửa lỗi Reed-Solomon.
Cơ chế này cho phép mã QR vẫn có thể đọc được chính xác ngay cả khi bị hư hại hoặc che khuất tới 30% bề mặt. Họ không chỉ thiết kế một phương tiện lưu trữ dữ liệu, họ thiết kế một công cụ đáng tin cậy.
Chính triết lý "thiết kế cho sự không hoàn hảo" này đã vô tình mang lại cho mã QR sức sống mãnh liệt khi nó bước ra thế giới thực, nơi một mã QR in trên poster bị rách nhẹ hay trên một cốc cà phê bị ướt vẫn có thể hoạt động hoàn hảo.
Món quà vô giá cho thế giới
Năm 1994, mã QR chính thức ra đời. Với những ưu điểm vượt trội, Denso Wave hoàn toàn có thể biến nó thành một "con gà đẻ trứng vàng" bằng cách thu phí bản quyền trên mỗi lần sử dụng. Nhưng họ đã làm điều ngược lại.
Ngay từ đầu, Denso Wave đã quyết định sẽ công khai các thông số kỹ thuật của mã QR để bất kỳ ai cũng có thể sử dụng miễn phí. Họ vẫn giữ quyền sáng chế nhưng tuyên bố sẽ không thực thi chúng. Điều này có nghĩa là các công ty trên toàn thế giới có thể tự do tạo ra các ứng dụng và máy quét mã QR mà không cần trả một xu phí bản quyền hay lo sợ bị kiện tụng.
Quyết định này xuất phát từ nhiều lý do sâu sắc. Trước hết, nó tôn trọng ý định của chính những nhà phát triển: Hara và nhóm của ông muốn phát minh của mình được sử dụng bởi càng nhiều người càng tốt. Quan trọng hơn, Hara hiểu rằng một mã dù tốt đến đâu cũng sẽ trở nên vô dụng nếu không có một hệ sinh thái hỗ trợ. Bằng cách "cho không", họ đã khuyến khích hàng trăm công ty khác cùng tham gia xây dựng cơ sở hạ tầng (máy quét, phần mềm, ứng dụng) xung quanh mã QR.
Đây là một nước cờ kinh doanh thiên tài, được truyền cảm hứng từ triết lý cờ vây mà Hara yêu thích: "Nếu bạn quá tham lam, bạn sẽ thua." Ông tin rằng nên "nhường một chút cho đối thủ và nhận lại nhiều hơn một chút". Denso Wave đã "nhường" đi phí bản quyền để "nhận lại" một thứ vô giá: một tiêu chuẩn toàn cầu.
Hành động này đã chủ động kiến tạo nên một hiệu ứng mạng lưới mạnh mẽ. Việc loại bỏ rào cản chi phí đã kích hoạt một vòng lặp tích cực: nhiều người dùng hơn dẫn đến nhiều nhà phát triển ứng dụng hơn, từ đó tạo ra nhiều ứng dụng hữu ích hơn, và lại thu hút thêm nhiều người dùng mới. Đồng thời, đây cũng là một nước cờ phòng thủ bậc thầy.
Bằng cách nhanh chóng biến mã QR thành một tiêu chuẩn mở và miễn phí, Denso Wave đã khiến cho việc phát triển một mã 2D cạnh tranh, độc quyền trở nên vô nghĩa. Bất kỳ công ty nào muốn tham gia thị trường đều sẽ có xu hướng chọn giải pháp miễn phí và không có rủi ro pháp lý. Nhờ vậy, mã QR đã trở thành một "mã công cộng" (public code), một di sản chung được cả thế giới tin tưởng và sử dụng.
