Những phát kiến khoa học nhờ thiên nhiên

Các loài động/thực vật đã trải qua quá trình tiến hóa trong hàng triệu năm để tối ưu hóa các đặc điểm cấu tạo cơ thể nhằm thích nghi với mọi loại môi trường; trong khi đó con người mới cố gắng hoàn thiện thiết kế khí động học trong khoảng một thế kỷ nay. Vì vậy nên chăng chúng ta cần chú ý hơn đến các chuyên gia lão luyện của tự nhiên này.

Trên thế giới từ lâu đã có một môn khoa học chuyên nghiên cứu và mô phỏng hình dáng hoặc cấu trúc của các loài động/thực vật trong tự nhiên, gọi là phỏng sinh học. Ngày nay, với sự phát triển rực rỡ của kỹ thuật, công nghệ này đã đạt được những thành tựu đột phá độc đáo. Hãy cùng trang Treehugger điểm lại một vài trong số chúng.


Để khắc phục tiếng ồn khủng khiếp phát sinh khi chiếc tàu lửa siêu tốc (Nhật) trồi từ đường hầm lên mặt đất, các kỹ sư đã phải cầu cứu đến những chú chim bói cá. Khi quan sát loài chim này, họ nhận thấy rằng chúng có thể lao rất nhanh và rất êm xuống nước. Sau các nghiên cứu, một thiết kế đầu tàu nhọn mô phỏng cái mỏ dài và nhọn của loài chim này đã giải quyết được vấn đề.


Lấy cảm hứng từ hạt của cây thích (maple), tiến sĩ khoa học Ned Allen đã chế tạo ra một thiết bị điều khiển từ xa hoạt động trên không có tên Nano Air Vehicle. Thiết bị này được dùng trong quân đội để thực thi những nhiệm vụ do thám trên không trong điều kiện thời tiết không thuận lợi. Trung tâm nghiên cứu và phát triển các công nghệ theo dõi giám sát của Hoa Kỳ (gọi tắt là DARPA) – đơn vị tài trợ cho phát kiến này đang hướng tới nhiều ý tưởng phỏng sinh học khác trong công nghệ chế tạo các thiết bị do thám trên không.


Công ty Công nghệ Pax (Mỹ) đã vận dụng mô hình xoắn của hoa loa kèn để làm ý tưởng chế tạo vòi trộn nước trong các hệ thống trộn nước của họ (vòi trộn nước được dùng trong các bồn chứa nước, có nhiệm vụ làm nước luôn chuyển động để tránh tình trạng nước tù đọng, phân tầng…). Các vòng tròn hướng tâm của hoa loa kèn là mô hình lý tưởng để tạo dòng chảy cho chất lỏng, cho phép hệ thống này có thể trộn một lượng nước lớn hơn mà vẫn tiêu tốn lượng năng lượng như cũ. Thiết kế phỏng sinh giúp cho hệ thống hoạt động hiệu quả hơn mà lại giảm thiểu được mức năng lượng tiêu thụ.


Hãng Qualcomm (chuyên nghiên cứu và phát triển công nghệ viễn thông không dây của Mỹ) đã tận dụng đặc tính độc đáo của cánh bướm để cải thiện công nghệ màn hình hiển thị của mình. Các cấu trúc đặc biệt trên cánh bướm phản xạ ánh sáng theo một cách đặc biệt khiến cho các ánh sáng có bước sóng khác nhau đan xen với nhau tạo thành nhiều màu sắc rực rỡ. Hãng này đã ứng dụng nguyên lý này vào công nghệ sản xuất màn hình của mình, tạo ra loại màn hình sáng hơn, dễ đọc hơn và tốn ít điện năng hơn trên các sản phẩm di động.


Hãng xe hơi Mercedes-Benz lại nhờ cậy loài cá nắp hòm (boxfish) trong ý tưởng chế tạo mẫu xe phỏng sinh học của mình. Các nhà nghiên cứu đã quan sát hình dáng của loài cá này và nhận ra rằng thân mình chúng có các đặc điểm khí động học nổi bật, và họ đã quyết định áp dụng các ưu điểm này vào thiết kế mẫu xe hơi này. Kết quả là một chiếc xe có dáng thuôn khí động hoạt động rất hiệu quả với hệ số lực cản thấp hơn 65% so với các mẫu xe hơi cùng thời 2005.


Bằng việc quan sát cách các loài rong biển di chuyển trong các dòng hải lưu, cũng như các chuyển động của các loài cá mập và cá ngừ, các nhà khoa học đã tạo ra các máy phát điện sinh học hoạt động nhờ vào chuyển động của các dòng nước. Hệ thống tạo ra năng lượng nhờ sóng biển từ xa, qua những biến thiên áp suất sinh ra do biến đổi của cột nước. Khi một con sóng lướt qua mặt nước, sự tăng khối lượng nước làm gia tăng áp suất cột nước, và phần bên trên hệ thống bị đẩy xuống phía dưới. Giữa hai đợt sóng, cột nước và áp suất hạ xuống làm cho phần bên trên hệ thống nổi lên. Chính chuyển động bơm này biến thành điện năng và sau đó được chuyển tải đến mạng lưới điện quốc gia trên mặt đất.


Bằng các quan sát của mình, tiến sĩ Frank Fish (chủ tịch hãng WhalePower) nhận thấy loài cá voi lưng gù rất nhanh nhẹn và linh hoạt mặc dù có kích thước cơ thể rát lớn. Bằng cách nghiên cứu cấu tạo chân chèo, vây cũng như đuôi của chúng, nhóm nghiên cứu của ông đã phát hiện một số đặc tính về cấu trúc của chúng mâu thuẫn với các lý thuyết kỹ thuật lâu đời. Ông đã áp dụng các phát hiện này vào việc thiết kế một loại cánh quạt cho các tuabin gió hoạt động trên biển. Thiết kế lấy cảm hứng từ loài cá voi lưng gù này có hiệu hoạt động suất cao hơn và chạy êm hơn, và có thể chống chọi tốt hơn trong điều kiện thời tiết xấu.


Nếu bạn đã từng thử kéo 1 con trai xanh ra khỏi bề mặt mà nó đang bám vào thì bạn sẽ thấy khả năng bám dính của nó tốt như thế nào. Bắt chước đặc tính bám dính rất tốt này của loài trai xanh, công ty sản xuất gỗ Columbia Forest Products đã nghiên cứu và đưa vào ứng dụng công nghệ vật liệu có thành phần cấu tạo từ đậu nành và không chứa formaldehyde trong việc sản xuất các sản phẩm gỗ dán ép.

* Cao Nguyên__VNN