Thiên nhiên vốn không thiếu những “chuyên gia” leo trèo nhưng không gì có thể ấn tượng bằng màn trình diễn của những chú tắc kè khi chúng di chuyển thoăn thoắt trên bề mặt kính bóng loáng. Công nghệ lấy cảm hứng từ loài động vật này hứa hẹn sẽ mang đến nhiều ứng dụng thú vị trong tương lai.
Nhiều loại trong nhóm bò sát nhỏ được biết đến với các ngón chân dính cho phép chúng thoải mái leo trên tường nhà, treo người trên trần nhà hay các bề mặt nhẵn mịn như thủy tinh – theo đúng phong cách Người Nhện (Spider Man).
Tắc kè thoải mái bám dính trên bề mặt thủy tinh nhẵn mịn. (Ảnh: Cleveland.com)
Tại sao tắc kè có thể bám dính vào hầu như bất kỳ bề mặt vật thể nào?
Trong khi các sinh vật khác như ốc sên, thằn lằn… sử dụng các phương thức như tiết chất nhờn hoặc móng vuốt để bám vào bề mặt thì tắc kè lại sử dụng một hệ thống phức tạp tạm gọi là “lực dính khô”.
Ngón chân của tắc kè được phủ lớp lông cứng được gọi là sợi setae. Ở đầu mỗi sợi lại phân nhánh thành rất nhiều sợi lông nhỏ hơn được gọi là sợi spatulae. Các sợi spatulae cho phép tắc kè bám được trên tường nhờ lực liên kết Van der Waals.
Tắc kè sở hữu hàng tỷ sợi spatulae ở 4 bàn chân. Vì vậy, chúng tạo ra lực Van der Waals đủ lớn cho phép tắc kè có thể bám và di chuyển thoăn thoắt trên tường.
Ngón chân tắc kè có hàng tỷ sợi spatulae giúp tắc kè bám trên bề mặt tường hoặc thủy tinh nhờ vào lực liên kết phân tử Van der Waals. (Ảnh: Wall Street OTC)
Nhưng khi đã bám dính được rồi thì làm thế nào để tắc kè có thể di chuyển, hơn nữa còn di chuyển với tốc độ rất nhanh (tốc độ ghi nhận được là: Mỗi giây tắc kè có thể di chuyển một khoảng cách bằng 20 lần cơ thể)? Bí mật nằm ở góc cạnh của những sợi lông. Bằng một mô hình toán học, các nhà khoa học có thể tính toán ra rằng khi muốn di chuyển, tắc kè chỉ việc thay đổi góc của những sợi lông.
Công nghệ lấy ý tưởng từ tắc kè
Nghiên cứu về loài sinh vật này đã giúp các nhà khoa học tiến thêm một bước tới việc cho phép con người di chuyển trên tường, tạo khả năng này cho những chú rô-bốt và rất nhiều ứng dụng khác nữa (hãy thử nghĩ về tương lai khi mà những chú rô-bốt có thể leo lên tường, bám dính vào các bề mặt để giải quyết những vấn đề liên quan đến cứu nạn, vệ sinh, môi trường khắc nghiệt hay thảm họa thiên nhiên).
Trong suốt hàng chục năm qua giới khoa học tìm mọi cách để tạo ra những loại vải có khả năng bám dính như chân tắc kè. Cuối cùng, các nhà khoa học của Đại học Stanford, Mỹ đã tạo ra một loại vải như thế. Loại vải của họ có kết cấu giống như cao su và bề mặt của nó được bao phủ bởi vài nghìn sợi polymer nhỏ xíu như lông ở chân tắc kè. Những sợi polymer đó mỏng hơn hàng chục lần so với tóc người. Loại vải mới này có khả năng chịu lực rất tốt và có thể tái chế. Nó đã được thử nghiệm trên một rô-bốt có hình dạng giống tắc kè. Thử nghiệm cho thấy tắc kè máy có thể di chuyển trên các vách dựng đứng bằng kính hay kim loại.
Rô-bốt có hình dạng giống tắc kè có thể di chuyển trên các vách dựng đứng bằng kính hay kim loại. (Ảnh: Robotics Today)
Giáo sư Mark Cutkosky, trưởng nhóm nghiên cứu, nói rằng điểm thú vị của ngón chân tắc kè là khả năng bám dính một chiều. Khi tắc kè di chuyển chân theo hướng khác, hiện tượng dính biến mất. Ngón chân tắc kè hoàn toàn khác với băng dính. Nếu vuốt băng dính theo một chiều thì chúng ta sẽ phải bóc nó theo chiều ngược lại. Nhưng nếu tắc kè đẩy chân về phía trước để bám thì chúng chỉ cần đẩy theo một hướng khác để nhấc lên.
“Chúng ta cũng có thể lấy việc bước trên nền xi măng với bã kẹo cao su dưới đế giày để minh họa. Sau khi dẫm chân xuống nền, bạn phải dùng lực để kéo đế giày lên. Nhưng với vật liệu bám dính theo hướng, bạn chỉ cần dịch chân sang một hướng khác để đưa đế giày lên”, Cutkosky nói thêm.
Từ năm 2006 đến nay nhóm chuyên gia của Đại học Stanford tiếp tục nâng cấp vải siêu dính để nó có thể chịu được trọng lượng cơ thể người. Trong một video được trường Đại học Stanford công bố vào năm 2014, con người đã thực sự có thể leo lên tường như Spider Man (tuy nhiên tốc độ chưa thể nhanh được như vậy, vẫn cần phải chậm rãi và cẩn thận). Nhóm nghiên cứu khẳng định rằng công nghệ này về mặt lý thuyết có thể nâng vật nặng lên tới 900 kg.
Video:
Nhiều loại trong nhóm bò sát nhỏ được biết đến với các ngón chân dính cho phép chúng thoải mái leo trên tường nhà, treo người trên trần nhà hay các bề mặt nhẵn mịn như thủy tinh – theo đúng phong cách Người Nhện (Spider Man).
Tắc kè thoải mái bám dính trên bề mặt thủy tinh nhẵn mịn. (Ảnh: Cleveland.com)Tại sao tắc kè có thể bám dính vào hầu như bất kỳ bề mặt vật thể nào?
Trong khi các sinh vật khác như ốc sên, thằn lằn… sử dụng các phương thức như tiết chất nhờn hoặc móng vuốt để bám vào bề mặt thì tắc kè lại sử dụng một hệ thống phức tạp tạm gọi là “lực dính khô”.
Ngón chân của tắc kè được phủ lớp lông cứng được gọi là sợi setae. Ở đầu mỗi sợi lại phân nhánh thành rất nhiều sợi lông nhỏ hơn được gọi là sợi spatulae. Các sợi spatulae cho phép tắc kè bám được trên tường nhờ lực liên kết Van der Waals.
Tắc kè sở hữu hàng tỷ sợi spatulae ở 4 bàn chân. Vì vậy, chúng tạo ra lực Van der Waals đủ lớn cho phép tắc kè có thể bám và di chuyển thoăn thoắt trên tường.
Ngón chân tắc kè có hàng tỷ sợi spatulae giúp tắc kè bám trên bề mặt tường hoặc thủy tinh nhờ vào lực liên kết phân tử Van der Waals. (Ảnh: Wall Street OTC)Nhưng khi đã bám dính được rồi thì làm thế nào để tắc kè có thể di chuyển, hơn nữa còn di chuyển với tốc độ rất nhanh (tốc độ ghi nhận được là: Mỗi giây tắc kè có thể di chuyển một khoảng cách bằng 20 lần cơ thể)? Bí mật nằm ở góc cạnh của những sợi lông. Bằng một mô hình toán học, các nhà khoa học có thể tính toán ra rằng khi muốn di chuyển, tắc kè chỉ việc thay đổi góc của những sợi lông.
Công nghệ lấy ý tưởng từ tắc kè
Nghiên cứu về loài sinh vật này đã giúp các nhà khoa học tiến thêm một bước tới việc cho phép con người di chuyển trên tường, tạo khả năng này cho những chú rô-bốt và rất nhiều ứng dụng khác nữa (hãy thử nghĩ về tương lai khi mà những chú rô-bốt có thể leo lên tường, bám dính vào các bề mặt để giải quyết những vấn đề liên quan đến cứu nạn, vệ sinh, môi trường khắc nghiệt hay thảm họa thiên nhiên).
Trong suốt hàng chục năm qua giới khoa học tìm mọi cách để tạo ra những loại vải có khả năng bám dính như chân tắc kè. Cuối cùng, các nhà khoa học của Đại học Stanford, Mỹ đã tạo ra một loại vải như thế. Loại vải của họ có kết cấu giống như cao su và bề mặt của nó được bao phủ bởi vài nghìn sợi polymer nhỏ xíu như lông ở chân tắc kè. Những sợi polymer đó mỏng hơn hàng chục lần so với tóc người. Loại vải mới này có khả năng chịu lực rất tốt và có thể tái chế. Nó đã được thử nghiệm trên một rô-bốt có hình dạng giống tắc kè. Thử nghiệm cho thấy tắc kè máy có thể di chuyển trên các vách dựng đứng bằng kính hay kim loại.
Rô-bốt có hình dạng giống tắc kè có thể di chuyển trên các vách dựng đứng bằng kính hay kim loại. (Ảnh: Robotics Today)Giáo sư Mark Cutkosky, trưởng nhóm nghiên cứu, nói rằng điểm thú vị của ngón chân tắc kè là khả năng bám dính một chiều. Khi tắc kè di chuyển chân theo hướng khác, hiện tượng dính biến mất. Ngón chân tắc kè hoàn toàn khác với băng dính. Nếu vuốt băng dính theo một chiều thì chúng ta sẽ phải bóc nó theo chiều ngược lại. Nhưng nếu tắc kè đẩy chân về phía trước để bám thì chúng chỉ cần đẩy theo một hướng khác để nhấc lên.
“Chúng ta cũng có thể lấy việc bước trên nền xi măng với bã kẹo cao su dưới đế giày để minh họa. Sau khi dẫm chân xuống nền, bạn phải dùng lực để kéo đế giày lên. Nhưng với vật liệu bám dính theo hướng, bạn chỉ cần dịch chân sang một hướng khác để đưa đế giày lên”, Cutkosky nói thêm.
Từ năm 2006 đến nay nhóm chuyên gia của Đại học Stanford tiếp tục nâng cấp vải siêu dính để nó có thể chịu được trọng lượng cơ thể người. Trong một video được trường Đại học Stanford công bố vào năm 2014, con người đã thực sự có thể leo lên tường như Spider Man (tuy nhiên tốc độ chưa thể nhanh được như vậy, vẫn cần phải chậm rãi và cẩn thận). Nhóm nghiên cứu khẳng định rằng công nghệ này về mặt lý thuyết có thể nâng vật nặng lên tới 900 kg.
Video:
Ngọc Thuần
