Đột phá công nghệ lấy cảm hứng từ thiên nhiên năm 2023

Lớp vảy tê tê cứng đã truyền cảm hứng cho con robot nhỏ bé này

Từ bao đời nay, thiên nhiên là nguồn sống vô tận của con người. Con người càng lúc càng văn minh tiến bộ, đã tự mình tạo nên nhiều sản phẩm. Từ thiên nhiên, con người rút ra những quy luật của sự sống, để từ đó sáng tạo nên những công trình phục vụ cho cuộc sống.

Đặc biệt, khi động vật và thực vật phải đối mặt với nguy cơ tuyệt chủng trong những môi trường sống khắc nghiệt…, thế giới tự nhiên đã truyền cảm hứng cho các khám phá khoa học theo những cách không ngờ tới.

Ông Alon Gorodetsky, kỹ sư y sinh tại Trường Đại học California (Mỹ) cho biết: “Thiên nhiên đã mất hàng trăm triệu năm để tối ưu hóa các giải pháp tinh tế cho những vấn đề cực kỳ phức tạp. Vì vậy, nếu chúng ta hướng về tự nhiên, chúng ta có thể rút ngắn quá trình phát triển của mình và tìm ra được một giải pháp có giá trị ngay lập tức”.

Quả đúng như vậy, trong năm 2023, nhiều công trình khoa học lấy cảm hứng từ thiên nhiên đã ra đời.

Mắt ong đã được sao chép cấu trúc để tạo ra mẫu la bàn có khả năng ước tính vị trí mặt trời

La bàn côn trùng

Một số côn trùng, ví dụ kiến và ong, điều hướng bằng thị giác dựa trên cường độ và sự phân cực của ánh sáng mặt trời. Chúng sử dụng vị trí mặt trời làm điểm tham chiếu. Chuyên gia Evripidis Gkanias tại Đại học Edinburgh cùng đồng nghiệp đã sao chép cấu trúc mắt của chúng để tạo ra mẫu la bàn có khả năng ước tính vị trí mặt trời, kể cả trong những ngày nhiều mây. Nghiên cứu mới công bố trên Tạp chí Communications Engineering.

La bàn thông thường dựa vào từ trường khá yếu của trái đất để điều hướng và dễ bị rối loạn do yếu tố nhiễu từ các thiết bị điện tử. Trong khi đó, nguyên mẫu của la bàn côn trùng đã hoạt động tốt. “Với nguồn tài trợ thích hợp, nó có thể dễ dàng được chuyển đổi thành một sản phẩm nhỏ gọn và nhẹ hơn”, Gkanias cho biết. Khi cải tiến thêm, la bàn côn trùng có thể hoạt động trên bất cứ hành tinh nào quan sát được nguồn ánh sáng thiên thể lớn.

Lưới thu nước

Tơ nhân tạo lấy cảm hứng từ tơ của nhện chân lông vũ với khả năng thu thập nước sạch từ sương sớm có thể đóng vai trò quan trọng ở những vùng khan hiếm nước. Tơ của nhện chân lông vũ có các nút thắt tinh vi cho phép những giọt nước lớn khác thường di chuyển và tích tụ trên mạng nhện. Khi vật liệu này được sản xuất hàng loạt, lượng nước thu thập có thể đủ nhiều để ứng dụng thực tế, theo Yongmei Zheng, đồng tác giả của nghiên cứu công bố trên Tạp chí Advanced Function Materials.

Tơ nhân tạo lấy cảm hứng từ tơ nhện chân lông vũ với khả năng thu thập nước sạch từ sương sớm

Dây leo cứu hỏa

Nhóm nhà khoa học tại Đại học California Santa Barbara tạo ra robot bơm hơi có thể phát triển theo hướng ánh sáng hoặc nhiệt, giống như cách dây leo bò lên tường hoặc vươn dài dưới mặt đất rừng. Robot hình ống dài khoảng 2m có thể tự điều hướng bằng cách sử dụng các túi chứa đầy chất lỏng thay vì dùng những thiết bị điện tử đắt tiền.

Theo nhóm nghiên cứu, mẫu robot mới có thể tìm thấy các điểm nóng và cung cấp chất chữa cháy. “Những robot này hoạt động chậm và phù hợp để chữa các đám cháy âm ỉ như đám cháy than bùn, vốn có thể là nguồn phát thải carbon lớn”, đồng tác giả Charles Xiao nói. Tuy nhiên, trước khi ứng dụng thực tế, chúng cần được cải tiến để tăng khả năng chịu nhiệt và nhanh nhẹn hơn.

Mạch điện kombucha

Nhóm nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Tin học Sáng tạo thuộc Đại học West of England đã tìm ra cách sử dụng những miếng kombucha - sinh ra từ nấm men và vi khuẩn trong quá trình lên men món trà nổi tiếng này - để tạo ra “thiết bị điện tử kombucha”. Họ in mạch điện lên những miếng kombucha khô, từ đó thắp sáng các đèn LED nhỏ.

Miếng kombucha khô sở hữu những đặc tính giống vải, thậm chí là da. Nhưng chúng mang tính bền vững và có khả năng phân hủy sinh học, có thể ngâm trong nước nhiều ngày mà không hỏng.

Thiết bị đeo làm từ kombucha có thể tích hợp thêm cảm biến và thiết bị điện tử, ứng dụng làm máy theo dõi nhịp tim hoặc bước chân, theo Giám đốc Phòng thí nghiệm Andrew Adamatzky, tác giả chính của nghiên cứu. Tuy nhiên, miếng kombucha nhẹ hơn, rẻ hơn và mềm dẻo hơn nhựa, nhưng độ bền chắc và việc sản xuất hàng loạt vẫn là những trở ngại lớn cần vượt qua.

Robot có vảy

Tê tê là động vật cơ thể mềm, được vảy cứng bao phủ và sẽ cuộn tròn thành quả bóng để tự bảo vệ mình trước kẻ săn mồi. Theo nghiên cứu mới trên Tạp chí Nature Communications, một robot nhỏ có thể ứng dụng thiết kế tương tự cho lĩnh vực y tế. Robot sẽ cuộn tròn, lăn qua đường tiêu hóa, sau đó duỗi ra và cung cấp thuốc hoặc giúp cầm máu ở những nơi khó tiếp cận trong cơ thể người.

Ren Hao Soon, chuyên gia tại Viện Hệ thống Thông minh Max Planck, tác giả nghiên cứu, tình cờ nhìn thấy tê tê khi đang xem video trên mạng và thấy con vật rất phù hợp. Ông cần một vật liệu mềm không gây hại bên trong cơ thể người nhưng có những ưu điểm của vật liệu cứng như dẫn điện và cấu tạo độc đáo của tê tê rất lý tưởng. Mẫu robot tí hon này vẫn đang ở giai đoạn phát triển ban đầu, nhưng trong tương lai, nó có thể được chế tạo với giá chỉ 11 USD.

Có thể thấy, qua hàng triệu năm tiến hóa, các loài sinh vật đã có các khả năng giúp thích ứng cực tốt với từng môi trường sống. Trong số đó, nhiều “giải pháp” được con người chúng ta bắt chước và cải tiến, để hoàn thiện công nghệ hiện tại, hứa hẹn áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đem lại những thành tựu lớn. Tất cả các nghiên cứu đó đã tạo ra những đột phá lớn trong công nghệ, là những điểm nhấn đáng chú ý trong bức tranh khoa học thế giới.

Thiên nhiên đã mất hàng trăm triệu năm để tối ưu hóa các giải pháp tinh tế cho những vấn đề cực kỳ phức tạp. Vì vậy, nếu chúng ta hướng về tự nhiên, chúng ta có thể rút ngắn quá trình phát triển của mình và tìm ra được một giải pháp có giá trị ngay lập tức.

Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống