Không cần nam châm: Startup Ấn Độ dùng phần mềm để phá thế độc quyền đất hiếm của Trung Quốc

Năm 2020, khi làn sóng đầu tiên của đại dịch COVID-19 khiến nền kinh tế thế giới gần như tê liệt, Manish Seth, đồng sáng lập kiêm Giám đốc điều hành của Vimag Labs, rơi vào một tình huống đầy khó khăn.

Lô nam châm – linh kiện thiết yếu để chế tạo các nguyên mẫu động cơ của startup non trẻ tại Bengaluru – bị mắc kẹt tại cảng Thượng Hải do lệnh phong tỏa và nằm bất động suốt ba tháng. Đó là khoảng thời gian đủ để khiến Seth, người từng có hàng chục năm kinh nghiệm xây dựng các nhà máy sản xuất cho những tập đoàn ô tô như Volkswagen, Ford và General Motors, quyết định phải tìm một hướng đi hoàn toàn mới.

"Tôi đã trực tiếp trải qua sự bế tắc đó," Seth chia sẻ với India Today Tech. "Chính lúc ấy, tôi nhận ra rằng chúng tôi phải làm điều gì đó. Và ý tưởng về một động cơ hoàn toàn không dùng nam châm, không phụ thuộc vào đất hiếm, đã ra đời."

Vimag Labs mong muốn chấm dứt sự phụ thuộc vào khoáng sản đất hiếm từ Trung Quốc cho động cơ xe điện. Ảnh: indiatoday.in

Động cơ – "trái tim" của xe điện

Nếu ở xe sử dụng động cơ đốt trong, bình nhiên liệu và động cơ là hai bộ phận quan trọng nhất thì trên xe điện (EV), vai trò đó thuộc về pin và động cơ điện.

Động cơ, kết hợp với bộ biến tần điều khiển (inverter), là bộ phận quyết định trực tiếp đến hiệu suất vận hành của xe, bao gồm mô-men xoắn, khả năng tăng tốc, hiệu quả sử dụng năng lượng và đặc biệt là quãng đường xe có thể di chuyển sau mỗi lần sạc.

Trong nhiều năm qua, các động cơ xe điện hiệu suất cao gần như đều dựa vào nam châm vĩnh cửu.

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), Trung Quốc hiện gần như độc quyền chuỗi cung ứng đất hiếm trên thế giới, kiểm soát khoảng 90% nguồn cung đất hiếm và 94% sản lượng nam châm Neodymium-Iron-Boron (NdFeB) – loại nam châm được sử dụng phổ biến trong các động cơ điện công suất lớn.

Việc Bắc Kinh ngày càng siết chặt các biện pháp kiểm soát xuất khẩu đã khiến Ấn Độ cũng như nhiều quốc gia khác đứng trước nguy cơ đứt gãy nguồn cung.

Thực tế, thị trường không thiếu những giải pháp thay thế động cơ sử dụng nam châm đất hiếm. Chẳng hạn, động cơ cảm ứng xoay chiều (AC induction motor) – công nghệ đã tồn tại hàng thế kỷ – hay động cơ từ kháng chuyển mạch (switched reluctance motor). Tuy nhiên, những giải pháp này thường cồng kềnh, nặng hơn và hiệu suất thấp hơn.

Một lựa chọn khác là sử dụng nam châm ferrite (như công nghệ Ola Electric từng công bố), nhưng cũng phải đánh đổi đáng kể về hiệu năng.

"Bạn không thể thay vàng bằng nhôm," Seth nói thẳng. "Muốn thay thế, bạn phải tạo ra thứ có giá trị tương đương vàng."

Ông giải thích rằng các công nghệ không dùng nam châm hiện nay thường khiến động cơ lớn hơn, tạo ra mô-men xoắn và công suất thấp hơn, buộc xe phải sử dụng nhiều pin hơn để đạt cùng quãng đường di chuyển.

"Khi đó phạm vi hoạt động của xe sẽ giảm xuống. Ngành công nghiệp ô tô và hàng không toàn cầu sẽ không bao giờ chấp nhận đánh đổi hiệu suất như vậy."

"Mẹ ơi, không cần nam châm"

Giải pháp của Vimag Labs tìm cách vượt qua bài toán đó bằng một hướng tiếp cận hoàn toàn khác: nam châm được định nghĩa bằng phần mềm (software-defined magnet).

Thay vì đặt các nam châm đất hiếm đắt đỏ, nặng nề và phụ thuộc vào yếu tố địa chính trị bên trong rô-to động cơ như cách truyền thống, nhóm của Seth đã loại bỏ hoàn toàn chúng.

Thay vào đó là một cấu trúc được thiết kế chính xác gồm cuộn dây đồng và thép thông thường, kết hợp với một hệ thống thuật toán điều khiển độc quyền.

"Hãy hình dung công nghệ của chúng tôi như việc tạo ra một nam châm bằng phần mềm ngay bên trong động cơ," Seth giải thích.

"Chúng tôi loại bỏ nam châm vĩnh cửu, thay thế bằng các cuộn dây đồng. Sau đó, thông qua phần mềm, chúng tôi tạo ra từ trường ngay bên trong động cơ. Bí quyết nằm ở việc biến những cuộn dây đồng ấy hoạt động như nam châm, và điều đó được thực hiện nhờ phần mềm cùng hệ thống điện tử."

"Nam châm bằng phần mềm" – Bước đột phá của Vimag Labs

Theo Vimag Labs, bí quyết cốt lõi của công nghệ nằm ở phần mềm điều khiển (firmware) được phát triển riêng cho động cơ.

Khi dòng điện từ bộ pin của xe được truyền đến động cơ, thay vì đi qua các chổi than cơ khí hoặc vành trượt – những bộ phận dễ hao mòn và hỏng hóc – kiến trúc độc quyền của Vimag Labs cho phép truyền năng lượng không dây ngay bên trong động cơ. Quá trình này hoạt động tương tự một máy biến áp công nghệ cao, khai thác hiện tượng cảm ứng điện từ để truyền năng lượng.

Phần mềm sẽ liên tục điều chỉnh việc truyền điện theo thời gian thực, biến các cuộn dây đồng thành những nam châm điện có cường độ từ trường được kiểm soát chính xác. Nhờ đó, động cơ có thể đạt, thậm chí trong một số điều kiện còn vượt, hiệu suất của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnet Synchronous Motor – PMSM) vốn đang được sử dụng rộng rãi trên các xe điện hiện nay.

Giải pháp của Vimag Labs tạo ra một nam châm được điều khiển bằng phần mềm bên trong động cơ. Ảnh: indiatoday.in

Quãng đường đi được xa hơn nhờ phần mềm

Không chỉ thay thế nam châm đất hiếm, công nghệ này còn mang lại một lợi ích đáng kể khác.

Do từ trường có thể được điều chỉnh liên tục trong quá trình vận hành, động cơ của Vimag Labs giúp xe đạt quãng đường di chuyển dài hơn một chút so với các động cơ PMSM thông thường. Điều này đồng nghĩa các hãng xe có thể giảm số lượng pin cần lắp đặt hoặc tận dụng bộ pin hiện có hiệu quả hơn, từ đó tiết kiệm đáng kể chi phí sản xuất.

"Nếu nhìn vào một chiếc ô tô hiện đại, ít nhất 20% giá trị của nó đã nằm ở phần mềm," Seth nói.

"Các hệ thống vũ khí, ngành hàng không vũ trụ hay thậm chí các sứ mệnh Apollo đều vận hành nhờ phần mềm. Lý do rất đơn giản: phần mềm dễ kiểm soát, dễ thích nghi và có thể liên tục tối ưu."

Theo ông, chính nền tảng số này mới là "siêu năng lực" thực sự của động cơ Vimag.

"Nếu bạn lái một chiếc xe điện truyền thống và các nam châm vĩnh cửu bị suy giảm từ tính do nhiệt độ hoặc tuổi thọ, bạn gần như không có cách nào khắc phục.

Nhưng với nam châm được tạo bằng phần mềm, chúng tôi có thể điều chỉnh cường độ từ trường ngay trong lúc xe vận hành. Hiệu suất động cơ còn có thể tiếp tục được cải thiện thông qua các bản cập nhật phần mềm từ xa (OTA), mà không cần thay đổi bất kỳ linh kiện cơ khí nào."

Nhu cầu cấp thiết tạo nên sáng chế

Theo Seth, công nghệ này xuất hiện đúng vào thời điểm các quốc gia trên thế giới đều đang tìm cách tự chủ nguồn nguyên liệu chiến lược.

Ấn Độ thực tế sở hữu trữ lượng đất hiếm khá lớn, nhưng việc biến quặng thành vật liệu có thể sử dụng trong công nghiệp lại là một bài toán vô cùng phức tạp. Đây chính là lĩnh vực mà Trung Quốc đã xây dựng lợi thế vượt trội trong nhiều thập niên.

Để tinh luyện đất hiếm, quặng phải trải qua quá trình gọi là rửa chiết (leaching), trong đó một lượng rất lớn axit được sử dụng để hòa tan quặng nhằm tách các nguyên tố đất hiếm.

Quá trình này tạo ra một phụ phẩm nguy hiểm là thorium – chất thải phóng xạ đòi hỏi hệ thống xử lý và lưu trữ chuyên biệt trong thời gian rất dài.

Đó cũng là nguyên nhân khiến nhiều quốc gia lựa chọn nhập khẩu nam châm từ Trung Quốc thay vì tự xây dựng ngành công nghiệp tinh luyện đất hiếm. Nói cách khác, họ chấp nhận để Trung Quốc gánh phần lớn chi phí và rủi ro về môi trường, thay vì phải xử lý chất thải phóng xạ ngay trên lãnh thổ của mình.

"Ấn Độ có thể khai thác đất hiếm, nhưng để xây dựng toàn bộ hệ sinh thái tinh luyện sẽ mất khoảng 15 năm," Seth nhận định. "Đó không phải là việc có thể hoàn thành trong một sớm một chiều."

Trong khi đó, giá đất hiếm trên thị trường quốc tế luôn biến động rất mạnh do chịu ảnh hưởng từ các hạn ngạch xuất khẩu của Trung Quốc.

Theo Seth, chỉ trong vài tháng, giá có thể tăng hoặc giảm từ 30% đến 80%. Có thời điểm giá đã vọt lên tới 1 triệu nhân dân tệ mỗi tấn, trước khi giảm trở lại.

Áp lực nguồn cung còn trở nên nghiêm trọng hơn khi trí tuệ nhân tạo (AI) bùng nổ. Các trung tâm dữ liệu AI, cùng với ngành quốc phòng, đang tiêu thụ lượng lớn vật liệu đất hiếm, khiến nguồn nguyên liệu dành cho xe điện, máy bay không người lái và robot ngày càng khan hiếm.

Trong bối cảnh đó, động cơ của Vimag Labs được xem là một giải pháp đầy hứa hẹn.

Do chỉ sử dụng đồng, thép và các linh kiện điện tử công suất thông dụng, toàn bộ động cơ có thể được sản xuất 100% ngay tại Ấn Độ mà không phụ thuộc vào nguồn nam châm đất hiếm nhập khẩu.

"Khi ngành điện tử tiếp tục phát triển và Ấn Độ đầu tư mạnh cho sản xuất chip thông qua Chương trình Sứ mệnh Bán dẫn Ấn Độ (India Semiconductor Mission), chi phí sản xuất động cơ của chúng tôi sẽ ngày càng giảm," Seth nói.

"Chúng tôi phụ thuộc vào ngành điện tử chứ không phụ thuộc vào đất hiếm. Trong khi nguồn cung đất hiếm trên toàn cầu có xu hướng ngày càng hạn chế, nguồn cung chất bán dẫn sẽ tiếp tục tăng lên."

Từ startup đến tham vọng định hình tương lai ngành động cơ điện

Những bước đi đầu tiên của Vimag Labs đã bắt đầu mang lại kết quả.

Mới đây, startup này được cấp bằng sáng chế thứ năm tại Ấn Độ cho nền tảng Động cơ đồng bộ nam châm ảo (Virtual Magnet Synchronous Motor – VMSM) do chính công ty phát triển.

Hiện nay, công nghệ của Vimag đạt hiệu quả kinh tế cao nhất đối với các hệ truyền động có công suất từ 3–5 kW trở lên, vì vậy chưa phù hợp với các phương tiện điện công suất nhỏ như xe đạp điện tốc độ thấp.

Theo Manish Seth, khó khăn lớn nhất không phải là chế tạo động cơ, mà là tích hợp công nghệ mới vào toàn bộ hệ thống xe.

Do đây là kiến trúc hoàn toàn khác so với động cơ nam châm vĩnh cửu truyền thống, quá trình chứng nhận kỹ thuật và tích hợp với các bộ phận khác trên xe đòi hỏi nhiều thời gian hơn.

"Nếu một động cơ thông thường chỉ mất khoảng hai tháng để tích hợp vào một mẫu xe mới, thì chúng tôi cần khoảng bốn tháng, bởi nhiều thành phần khác trên xe cũng phải được điều chỉnh cho phù hợp," Seth cho biết.

Tuy nhiên, ông nhấn mạnh đây chỉ là thách thức kỹ thuật ban đầu chứ không phải rào cản lâu dài.

Hiện Vimag Labs tập trung trước hết vào thị trường xe điện hai bánh và ba bánh, vốn đang tăng trưởng rất nhanh tại Ấn Độ.

Mặc dù chưa công bố tên đối tác, Seth xác nhận công ty đang thử nghiệm sản phẩm với một nhà sản xuất nằm trong Top 5 về doanh số xe máy điện tại Ấn Độ, đồng thời đàm phán sâu với một doanh nghiệp khác thuộc Top 2 của thị trường.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn hợp tác với một thương hiệu ô tô lâu đời và cao cấp của Ấn Độ, vừa chính thức bước chân vào lĩnh vực xe điện.

Ở phân khúc xe thương mại, Vimag đã ký kết hợp tác với một nhà cung cấp hệ truyền động đang nắm khoảng 40% thị phần xe điện ba bánh thương mại, đồng thời cùng phát triển một nền tảng xe điện thế hệ mới với một trong hai hãng ô tô du lịch lớn nhất Ấn Độ.

Không chỉ dừng lại trong nước, công ty còn hợp tác với một nhà cung cấp linh kiện ô tô cấp 1 (Tier 1) tại châu Âu để tích hợp động cơ không nam châm vào các dòng xe điện cao cấp của châu Âu và Mỹ.

"Theo nghĩa nào đó, sản phẩm của chúng tôi đã hiện diện trên thị trường," Seth nói.

"Khách hàng đã có thể mua được xe sử dụng công nghệ này. Tuy nhiên, do năng lực cung ứng còn hạn chế, chúng tôi đang mở rộng sản xuất từng bước. Mục tiêu đến cuối năm nay là xuất xưởng từ 1.000 đến 10.000 động cơ."

Để đáp ứng nhu cầu mở rộng sản xuất, Vimag Labs đang chuẩn bị mở một vòng gọi vốn mới, sau khi huy động thành công 5 triệu USD trong vòng Series A do quỹ đầu tư mạo hiểm Accel dẫn dắt.

Seth nhớ lại: "Ba năm trước, hầu như không ai hiểu chúng tôi đang nói gì. Khi đó, mọi người chỉ quan tâm đến SaaS, ứng dụng giao hàng hay Bitcoin.

Nhưng giờ đây, thế giới đã nhận ra rằng không thể phụ thuộc vào nước ngoài đối với những công nghệ mang tính chiến lược."

Theo ông, sau năm năm phát triển, phần lớn những rủi ro công nghệ cốt lõi đã được giải quyết. "Nhà đầu tư giờ đây có thể nhìn thấy kết quả thử nghiệm thực tế, đồng thời chứng kiến nhu cầu rất lớn từ phía khách hàng."

Để bảo vệ các công nghệ độc quyền trong quá trình sản xuất, Vimag Labs đã hợp tác với Jendamark, doanh nghiệp chuyên về tự động hóa dây chuyền, nhằm thiết kế các hệ thống lắp ráp chuyên biệt.

Hiện startup có 22 kỹ sư làm việc tại các trung tâm nghiên cứu ở Ấn Độ, Mỹ và châu Âu.

Toàn bộ hệ thống được phát triển theo tiêu chuẩn an toàn ô tô ISO 26262 cùng các tiêu chuẩn an ninh mạng của Hoa Kỳ.

Sản phẩm của công ty hiện đã có mặt trên thị trường. Ảnh: indiatoday.in

Theo Seth, an toàn không phải là một khâu được bổ sung sau khi thiết kế hoàn tất. "Không thể có một nhóm riêng chỉ phụ trách an toàn. An toàn phải được tích hợp ngay từ đầu trong quy trình thiết kế theo nguyên tắc Poka-yoke (thiết kế chống sai lỗi). Nếu đoạn mã không tự động đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế thì đơn giản là nó sẽ không được chấp nhận."

Dù đã loại bỏ nam châm đất hiếm, động cơ của Vimag vẫn phải sử dụng các vi điều khiển (MCU) do những hãng bán dẫn lớn như Texas Instruments, STMicroelectronics hay Renesas sản xuất.

Theo Seth, những con chip này vốn được thiết kế để điều khiển động cơ nam châm vĩnh cửu truyền thống nên chưa thực sự phù hợp với kiến trúc mới của Vimag.

"Sử dụng chúng cho công nghệ của chúng tôi giống như cố nhét một chiếc chốt vuông vào lỗ tròn," ông ví von. "Bạn phải tiêu tốn rất nhiều năng lực tính toán chỉ để bù đắp sự không tương thích."

Chính vì vậy, Vimag đang lên kế hoạch phát triển ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) – loại chip chuyên dụng do chính công ty thiết kế.

Nếu thành công, toàn bộ giá trị công nghệ của hệ truyền động sẽ được tích hợp vào một con chip độc quyền, vừa giảm phụ thuộc vào chuỗi cung ứng chip toàn cầu, vừa giúp giảm tới khoảng 90% chi phí linh kiện điện tử trong động cơ so với việc sử dụng vi điều khiển đa dụng.

Hướng tới xe tải, AI và quốc phòng

Song song với hoạt động thương mại, nhóm kỹ sư Vimag đã bắt đầu chế tạo nguyên mẫu động cơ dành cho xe tải điện và xe buýt điện, những phương tiện đòi hỏi mô-men xoắn rất lớn nhưng vẫn phải đảm bảo trọng lượng tối ưu.

Công ty cũng đang nghiên cứu vật liệu dẫn điện mới để thay thế đồng; bộ nghịch lưu (inverter) thế hệ mới phục vụ công nghệ Vehicle-to-Grid (V2G), cho phép xe điện cấp điện ngược trở lại lưới điện; ứng dụng linh kiện bán dẫn Silicon Carbide (SiC) MOSFET trong các hệ thống làm mát dành cho trung tâm dữ liệu AI thế hệ mới.

Trong vòng hai đến ba tháng tới, Vimag dự kiến sẽ bắt đầu làm việc với các cơ quan của Chính phủ Ấn Độ để nghiên cứu các ứng dụng trong lĩnh vực quốc phòng. "Theo chúng tôi, Bộ Điện tử và Công nghệ Thông tin (MeitY) cũng rất quan tâm đến hệ thống động cơ không nam châm," Seth cho biết.

Tuy nhiên, ông lưu ý rằng quốc phòng là lĩnh vực có chu kỳ phát triển dài và yêu cầu kỹ thuật rất khác biệt, nên công ty tạm thời ưu tiên mở rộng sản xuất các sản phẩm thương mại trước.

Tham vọng đưa Ấn Độ lên bản đồ công nghệ thế giới

Lấy cảm hứng từ mô hình đổi mới sáng tạo hiệu quả của Tổ chức Nghiên cứu Không gian Ấn Độ (ISRO), Vimag Labs mong muốn góp phần đưa Ấn Độ trở thành một trung tâm công nghệ sâu (deep-tech) của thế giới.

Theo Seth, để khởi đầu cần nguồn vốn lên tới hàng chục triệu USD, nhưng sau đó bài toán chủ yếu là đầu tư mở rộng sản xuất. "Dĩ nhiên, tiền không phải là tất cả. Điều quan trọng nhất vẫn là con người."

Ông cho biết hiện trên thế giới chỉ có bốn tập đoàn lớn đang theo đuổi hướng công nghệ tương tự gồm ZF, Continental, Valeo và Schaeffler.

"Thị trường lớn đến mức riêng Vimag Labs không thể đáp ứng hết nhu cầu. Đây là cơ hội mà cả chính phủ lẫn các nhà đầu tư cần quan tâm. Nếu được phát triển đúng hướng, nó có thể tạo ra giá trị kinh tế rất lớn."

Theo Armaan Agarwal, indiatoday 12 tháng 7 năm 2026 

https://www.indiatoday.in/technology/features/story/look-ma-no-magnets-how-an-indian-startup-is-using-software-to-break-chinas-rare-earth-monopoly-2946039-2026-07-12