Ý tưởng & Sáng tạo VN (Vietnam Ideas & Creativities) [β7]

Trong quá trình phát minh ra những kỹ thuật tiên tiến, đôi khi các nhà khoa học phải vay mượn ý tưởng từ thiên nhiên. Và như thế, người ta có tháp Eiffel giống xương đùi, chiếc khóa velcro có cấu trúc như trái ngưu bàng hay những con robot có tính chất nhanh nhẹn của loài gián...

Trái ngưu bàng và velcro

Trái ngưu bàng.

Một ngày nào đó, bạn có thể phát cáu về những trái ngưu bàng khô khi chúng cứ bám dính vào quần áo hay lông chú chó hoặc chú mèo của bạn. Vào những năm 40 thế kỷ qua, kỹ sư Thụy Sĩ Georges de Mestral đã bình tĩnh hơn. Thay vì càu nhàu, ông tự hỏi tại sao loại trái cây này có thể bám vào tất cả những gì chúng gặp, và nhờ vào quan sát của mình, ông đã sáng tạo ra Velcro. Vấn đề là bắt chước nguyên tắc bám dính của trái cây vào quần áo. Quả vậy, trái ngưu bàng được bao phủ bởi vô số những chiếc móc nhỏ, và một khi gặp những chiếc vòng tạo thành bởi sợi vải hay lông chó, chúng lập tức bám lấy. Do những chiếc móc đều mềm mại, nên chỉ cần kéo nhẹ là chúng tạm thời biến đổi hình dáng để giải phóng sợi vải hay lông. Móc trở lại hình dạng ban đầu, chuẩn bị cho một lần bám dính mới.

Hai nửa của chiếc khóa velcro.

Từ đây Georges de Mestral nghĩ ra loại khóa Velcro, đó là một ruban bao phủ bởi vô số chiếc móc mềm cặp với một ruban có vòng nhỏ. Velcro trở thành đối thủ cạnh tranh nguy hiểm với loại khóa Éclair, bởi người sử dụng chỉ cần chập hai ruban lại là chúng dính vào nhau mà không cần chỉnh sửa chính xác. Tương tự, chỉ cần kéo nhẹ một cái là chúng tách rời ra. Về cái tên Velcro, đơn giản đó là sự ghép lại của hai từ tiếng Pháp velour (nhung: loại vải với những vòng tròn nhỏ trên bề mặt) và crochet (móc).

Gián và robot

Một con gián với chiếc túi đựng đầy chất nổ trên lưng liên tục di chuyển trên sàn có phải là một hình ảnh khôi hài? Không, hoàn toàn nghiêm chỉnh và hình ảnh này do giáo sư Robert Full của Đại học Berkeley nghĩ ra với mục đích khẳng định một giả thuyết: phải chăng do đặc điểm siêu phản xạ nên gián có đặc điểm nhanh nhẹn và cực kỳ khéo léo.

Qua khảo sát, giáo sư Robert nhận thấy tính chất nhanh nhẹn của gián nằm ở tổ chức cơ bắp và cấu trúc ngoài của chúng vì 6 chân gián hoạt động như chiếc phanh, bộ giảm chấn và bộ ổn định. Chính nhờ điều này mà thậm chí khi mang thuốc nổ đang cháy ở một bên mình, gián vẫn không hề mất thăng bằng và tiến tới. Từ hiểu biết đó, kỹ sư Daniel Koditschek thuộc Đại học Michigan đã cảm hứng cho ra một loại robot - gián với những đôi chân phản ứng như lò xo. Dù chưa hoàn hảo, nhưng dù sao thì robot này vẫn có thể vượt qua mọi địa hình phức tạp với tốc độ 10km/giờ.

Tơ nhện và áo giáp

Trên ảnh, người ta thấy sợi tơ đi ra từ bụng nhện bằng nhiều chiếc ống. Sau đó, sợi mới được bện lại thành tơ.

Chắc chắn và bền vững hơn thép, đàn hồi hơn nylon, đó là những đặc điểm độc đáo của tơ nhện. Theo tính toán, chỉ với kích thước bằng một ống nước tưới cây, một sợi tơ nhện có thể chịu được sức nặng của... hai chiếc Boeing 707! Nhưng làm thế nào tạo ra được một lượng lớn chất liệu kỳ lạ này? Thật không dễ! Trước tiên nên loại bỏ ý tưởng nuôi nhện, bởi vì đặc tính hung hãn, giành giật chỗ ở và ăn thịt lẫn nhau, nhện khó sống chung dưới một mái nhà. Giải pháp duy nhất cho con người là sao chép đặc tính của tơ nhện.

Bị thúc ép bởi giới quân sự, nhìn thấy ở nhện đặc điểm quý giá để tạo ra một loại áo giáp hữu hiệu hơn chiếc áo bằng Kevlar hiện nay, các nhà nghiên cứu bắt đầu tăng tốc. Ở công ty Nexia Biotechnologies (Canada), người ta tập trung vào sản xuất spidroine II, loại protein là thành phần của tơ nhện. Bằng cách thay đổi đặc điểm di truyền của loài dê, các nhà nghiên cứu đã khiến tuyến sữa dê bài tiết sữa lẫn protein tơ nhện. Để protein có dạng dây dài, họ biến đổi chúng thành dạng không tan rồi cho đi qua một ống tiêm có kim rất nhỏ để tạo thành sợi. Tuy nhiên, loại sợi này chỉ có được một phần đặc tính kỳ lạ của tơ nhện. David Knight, nhà sinh học của Đại học Oxford, cho rằng có hai lý do đưa đến sự khác biệt này: Một là sợi tơ chỉ chứa một thành phần nhỏ của tơ nhện thiên nhiên. Hai là quá trình tạo sợi hoàn toàn khác xa với quá trình biến đổi protein thành dạng sợi mà nhện thực hiện trong bụng. Do vậy, công ty Spinox của Anh đang nghĩ đến việc sao chép chính cơ chế này để tạo tơ nhện. Một dự án đầy tham vọng nhưng chỉ mới ở bước đầu.

Bay thành dạng chữ V như chim

Tận dụng luồng khí cuốn lên ở máy bay dẫn đầu, máy bay theo sau có thể tiết kiệm được năng lượng.

Con người không xa lạ gì với hình dạng chữ V mà ngỗng trời vẫn tạo ra trên đường thiên di. Không dừng lại ở việc nhìn ngắm, các nhà nghiên cứu còn nghĩ đến việc bắt chước kỹ thuật bay này nhằm giúp máy bay tiết kiệm năng lượng trong khi di chuyển. Thật vậy, trong khi bay, chim cũng như máy bay đều tạo ra ở đầu cánh một luồng khí có dạng cuộn xoáy lên. Nếu chọn đúng vị trí bay, chim và máy bay ở phía sau có thể tựa lên phần cuốn này của không khí. Được nâng lên như thế, chắc chắn máy bay tiêu thụ ít năng lượng hơn cho việc chống lại trọng lực kéo chúng hướng về mặt đất. Trong khi tham gia thực hiện bộ phim Dân tộc thiên di, nhà khoa học Henri Weimerskich đã tính ra rằng, những con bồ công lớn có thể tiết kiệm đến 14% năng lượng nếu bay ở phía sau.

Quan tâm đến chuyện này, Cơ quan Vũ trụ Mỹ (NASA) qua hợp tác với Boeing đã thực hiện một chương trình nghiên cứu thẩm định xem nguyên tắc đó có thể áp dụng cho máy bay hay không. Những kết quả đầu tiên đo đạc trên hai máy bay tiêm kích F18 tỏ ra đầy hứa hẹn: máy bay đi sau có thể tiết kiệm hơn 10% lượng xăng! Giờ đây, NASA tập trung trên việc hoàn thiện một hệ thống bay tự động cho phép máy bay an toàn trong trường hợp bay gần nhau. Thật vậy, nếu định vị không đúng, máy bay theo sau có thể gặp nguy hiểm với những lốc xoáy từ máy bay đi trước. Trong khi chờ hệ thống này ra đời, máy bay vẫn phải tiếp tục tránh lốc thay vì lợi dụng chúng.

Xương đùi và tháp Eiffel

Những đố ngang của tháp Eiffel gợi nhớ đến cấu trúc được tạo thành bởi sợi xương đầu của xương đùi.

Nhiều chuyên gia cho rằng tháp Eiffel danh tiếng của Pháp được xây dựng theo kiểu mẫu của xương đùi. Thật vậy, vào năm 1866, trong khi nhức đầu về đám sợi xương cấu tạo nên đầu xốp của xương đùi thì nhà cơ thể học Thụy Sĩ Hermann von Meyer tình cờ gặp chuyên gia toán học Karl Culmann. Trong cuộc trò chuyện, vị giáo sư trường bách khoa Zurich chỉ cho Meyer thấy hướng sợi xương được cấu tạo theo sơ đồ đường lực, vị trí những hướng lực áp suất và lực nén mà xương đùi chịu đựng. Trên cơ sở đó, một ngành học ra đời gọi là tĩnh học đồ thị. Trong kiến trúc, ngành học này xem xét việc tạo ra những công trình thoáng khí và nhẹ chỉ bằng cách tác động trên những hướng lực mà chất liệu chịu đựng. Một trong những học trò của Culmann, Maurice Koechlin, lại là một trong hai kỹ sư tham gia xây dựng tháp Eiffel vào năm 1889. Nhìn qua những hình cuộn của thanh xà, thanh rầm và đố ngang giúp cho chiếc tháp 300 mét có được hình dáng thoáng khí, thăng bằng và ổn định, người ta nghĩ rằng công trình đã lấy cảm hứng của Koechlin từ những chiếc xương đùi.

(Theo S.V.J.)