Những sáng kiến lấy cảm hứng từ thiên nhiên năm 2020

Thiên nhiên không chỉ cung cấp cho con người nguồn thực phẩm dồi dào mà còn tạo cảm hứng cho những khám phá khoa học đáng kinh ngạc.

Ong ký sinh

Loại bỏ khối u và các cục máu đông thông qua phẫu thuật xâm lấn tối thiểu có thể trở nên dễ dàng hơn nhờ một loại kim linh hoạt lấy cảm hứng từ loài ong bắp cày ký sinh, theo một nghiên cứu xuất bản trên tạp chí Frontiers in Bioengineering and Biotechnology trong tháng 9.

Những côn trùng đáng sợ này tiêm trứng của chúng vào bên trong cơ thể sống của vật chủ như sâu bướm thông qua một cơ quan siêu mỏng, được gọi là ovipositor, có cấu trúc giống như một chiếc kim rỗng với hệ thống lưỡi - rãnh chuyển động linh hoạt.

Các nhà khoa học từ Đại học Công nghệ Delft của Hà Lan đã nghiên cứu cơ chế chuyển động của hệ thống lưỡi - rãnh này và cách nó dùng lực ma sát đẩy trứng đi qua ovipositor để thiết kế một cây kim phẫu thuật siêu mỏng với hệ thống thanh trượt linh hoạt mô phỏng theo cơ quan đẻ trứng của ong bắp cày.

Nhóm nghiên cứu cho biết loại kim phẫu thuật mới có khả năng chạm tới các cơ quan khó tiếp cận của cơ thể để tiêm thuốc hoặc loại bỏ các khối u và cục máu đông, đồng thời giảm thiểu chấn thương và thời gian phục hồi của bệnh nhân.

Tơ nhện

Nhện tạo ra tơ để bắt con mồi nhưng giờ đây con người có thể sử dụng nó để chế tạo thấu kính quang học cho khả năng quan sát những loại virus không thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Trong một nghiên cứu xuất bản vào tháng 6 trên tạp chí Applied Physics, các nhà khoa học tại Đại học Tamkang và Yang-Ming của Đài Loan đã thu thập các sợi tơ mịn và được kéo đồng đều từ loài nhện chân dài Pholcus phalangioides để làm giá đỡ cho ống kính.

Trong thí nghiệm, nhóm nghiên cứu phủ sáp lên tơ nhện, sau đó đổ nhựa thông lên. Khi cô đặc, nó hình thành một mái vòm và được nung trong lò cực tím để tạo ra thấu kính quang học.

Với kích thước nhỏ như một tế bào hồng cầu, thấu kính cho phép phóng đại hình ảnh của các vật thể ở quy mô nano như virus hoặc cấu trúc bên trong mô sinh học. Thiết bị được làm hoàn toàn từ vật liệu tự nhiên nên không độc hại với cơ thể.

Bọt biển

Theo một nghiên cứu được công bố trong tháng 9 trên tạp chí Nature Materials, một loài bọt biển (động vật thân lỗ) có mạng lưới cấu trúc phức tạp được tìm thấy dưới đáy Thái Bình Dương có thể nắm giữ chìa khóa cho những công trình kiến trúc vững chắc hơn và thiết kế tàu vũ trụ nhẹ hơn.

Sinh vật có tên khoa học là Euplectella aspergillum sở hữu cấu trúc khung xương hình ống được cấu thành từ silica với đặc tính nhẹ, cứng và bền hơn nhiều so với vật liệu nhân tạo. Ví dụ, một ống nhôm có chiều dài, độ dày và bán kính tương ứng với bọt biển cho độ cứng chỉ bằng 1/100.

"Chúng tôi đã nghiên cứu mối quan hệ cấu trúc - chức năng của xương bọt biển trong hơn 20 năm qua nhưng những sinh vật này vẫn tiếp tục mang đến những điều kinh ngạc", tác giả chính của nghiên cứu James Weaver từ Đại học Harvard chia sẻ.

Sầu riêng

Đối với một số người, sầu riêng là "vua của các loại trái cây" nhưng với nhiều người, nó khó ngửi đến mức bị cấm mang lên phương tiện công cộng hoặc phòng khách sạn. Một lý do khác khiến loại trái cây này trở nên đặc biệt là nó có tiềm năng ứng dụng trong sản xuất siêu tụ điện - thiết bị có khả năng lưu trữ một lượng lớn năng lượng trong một kích thước nhỏ.

Trong một nghiên cứu xuất bản trên tạp chí Energy Storage hồi đầu tháng 2, các nhà khoa học từ Đại học Sydney của Australia đã mô tả cách họ tạo ra vật liệu aerogel cực nhẹ và xốp từ các thành phần bỏ đi của trái sầu riêng.

Aerogel từ lâu đã được xem là vật liệu lý tưởng để sản xuất siêu tụ điện do những đặc tính lý hóa ưu việt của nó. Tuy nhiên, hầu hết quy trình sản xuất aerogel hiện nay đều rất tốn kém, cản trở ứng dụng của loại vật liệu này trong thực tế.

Trong thí nghiệm của Đại học Sydney, nhóm nghiên cứu đã đun nóng phần cùi sầu riêng ở nhiệt độ cao sau đó làm lạnh đột ngột để tổng hợp nên aerogel chứa đầy chất điện phân. Vật liệu sau đó trở thành một phần quan trọng của siêu tụ điện. Với khả năng sạc và xả năng lượng nhanh hơn các loại pin hiện nay, chúng có tiềm năng ứng dụng lớn trong sản xuất thiết bị điện tử như điện thoại và máy tính xách tay.

Tre

Tre từ lâu đã được sử dụng như một loại vật liệu xây dựng đa năng, nhưng làm thế nào để nó đủ vững chắc để thay thế bê tông, cốt thép trong các công trình xây dựng hiện nay? Trong một báo cáo trên tạp chí ACS Nano vào tháng 5, các chuyên gia từ Viện nghiên cứu sinh học Biomimicry của Mỹ cho biết đã tìm ra câu trả lời.

Bằng cách loại bỏ một phần lignin - chất hữu cơ hình thành mô gỗ - và sấy tre bằng vi sóng, các nhà khoa học cho biết độ bền chắc của nó đã tăng lên gần gấp đôi.

Khám phá mới có thể làm tăng thêm tính ứng dụng của tre trong cuộc sống như một loại vật liệu xây dựng nhẹ, bền vững và tái tạo nhanh, thay thế cho các vật liệu gây ô nhiễm.

Đoàn Dương (Theo AFP)