Những sản phẩm công nghệ vượt trội do con người bắt chước thiên nhiên

• Trái tim khổng lồ của cá voi xanh lớn nhất thế giới trưng bày tại Canada
• Phát hiện thằn lằn hai đuôi kỳ lạ
• Loài ong sát thủ

Tổ mối và cao ốc xanh

Một kỳ tích thiên nhiên đáng kinh ngạc được nhìn thấy trên khắp Phi châu là những gò mối khổng lồ. Chúng được xây dựng hoàn toàn bằng đất, những cấu trúc này có chiều cao đáng kể và là nhiều lãnh địa của các đàn mối; không những thế các tổ mối còn là minh chứng cho phương pháp điều hòa gió và kiểm soát nhiệt độ.

Chẳng hạn như, các gò mối đều được xây dựng theo hướng Bắc - Nam, cho phép chúng hấp thụ nhiệt ở chân gò khi  mặt trời thấp nhằm tránh tỏa nhiệt quá nóng trong những thời khắc nóng nhất trong ngày. Các tổ mối thường mở và đóng những chuỗi lỗ thông hơi bên trong gò nhằm điều chỉnh không khí nóng đi xuyên qua toàn khối cấu trúc tổ. Quá ấn tượng đúng không nào? Các kỹ sư trên thế giới đã ghi nhận những khả năng thiết kế tổ mối và biến chúng thành nhu cầu sử dụng của con người.

Trung tâm Eastgate (Harare, Zimbabwe), là phức hợp văn phòng và mua sắm lớn nhất ở Zimbabwe, được xây dựng lấy nguồn cảm hứng từ tổ mối. Tòa nhà này không dùng hệ thống sưởi hay điều hòa thông thường mà dùng các hệ thống quạt và lỗ thông hơi để điều chỉnh nhiệt độ quanh năm. Tòa nhà được thiết kế bởi kiến trúc sư Mick Pierce, người đã thiết kế một tòa nhà tương tự ở Melbourne (Australia).

Bươm bướm và màn hình không chói mắt

Bươm bướm là đề tài tuyệt vời cho thứ công nghệ thị giác, do đó cũng không mấy ngạc nhiên khi quý vị biết rằng bí mật triệt tiêu ánh sáng chói lòa phát ra từ các dạng màn hình điện thoại thông minh đã đến từ loài sinh vật đáng yêu này.

Năm 2015, các nhà nghiên cứu Đức tại Viện Công nghệ Karlsruhe đã đưa ra một khám phá sửng sốt: sự hiện diện của các cấu trúc quy mô nano không đều trên đôi cánh bướm đã triệt tiêu sự phản chiếu của ánh sáng.

Phát hiện thú vị của họ đã được công bố trên tạp chí Nature Communications. Nghiên cứu đang tìm cách để tích hợp công nghệ thiên nhiên vào trong các màn hình điện thoại thông minh và nếu thành công thì quý vị tha hồ xài điện thoại mà không lo bị chói mắt. 

Ong gỗ và khoan vũ trụ

Các công cụ dùng ngoài vũ trụ thường có cùng một vấn đề: chúng cồng kềnh, làm việc ì ạch và ngốn nhiều điện năng. Khoan vũ trụ cũng không ngoại lệ. Kịch tính hơn, trong các chuyển động của trái đất thì những cái khoan có thể trôi bồng bềnh đâu đó trong môi trường trọng lực thấp.

Con người để mắt tới ong gỗ, còn gọi là ong ruồi cưa, con cái của loài này có cơ thể là một cấu trúc dạng ống dùng để đẻ trứng (ống sản trứng). Con cái đẻ trứng khi tìm thấy một cái cây thích hợp, nó đặt ống sản trứng vào trong thân cây, rồi đặt trứng vào thân cây. Toàn bộ quy trình không gây hại cho con ong gỗ, mà ngạc nhiên hơn khi những con non sẽ chui luôn vào thân cây rắn chắc.

Năm 2006, một tốp 4 nhà khoa học ở Đại học Bath (Anh) cho công bố một bài báo nói về một mô hình máy khoan vũ trụ lấy cảm hứng từ con ong gỗ cái. Máy khoan đủ mạnh để khoan thủng lớp đá cứng bằng cách dùng kiểu thiết kế của ống sản trứng. Julian Vincent, GS phỏng sinh học, một thành viên của nhóm, phàn nàn rằng các kỹ sư vũ trụ thường không thích dùng những công nghệ mới nếu công nghệ hiện tại vẫn đang còn sử dụng được.

Bọt biển và tấm quang điện mặt trời

Thoạt tiên, miếng bọt biển màu cam nhìn chả giống cái gì cả. Nhưng thực tế là loài động vật không xương sống này có một khả năng đặc biệt là chúng khai thác silicon từ nước biển và dùng để cấu tạo nên cơ thể mình. Quy trình này có thể dẫn đến một cách thức xây dựng những tấm quang điện mặt trời thân thiện hơn và rẻ hơn.

Các nhà sản xuất thường tạo ra những tấm quang điện bằng cách đặt các hóa chất lên bề mặt trơ để tạo ra một lớp tinh thể mỏng. Lớp tinh thể này đóng vai trò như một chất bán dẫn tạo ra dòng điện khi ánh nắng mặt trời chiếu vào nó. Quy trình này dùng nhiệt độ cao, áp suất thấp, tốn nhiều năng lượng và giá thành cao.

Nhà nghiên cứu Daniel Morse và nhóm nghiên cứu của ông tại Đại học California Santa Barbara (UCSB) đã bắt chước sản xuất silicon như loài bọt biển mà không cần sử dụng nhiệt độ cao và áp suất thấp. Con bọt biển đã làm được silicon nhờ một enzyme gọi là Silicatein giúp chuyển đổi silicic acid trong nước biển thành những chiếc gai silic.

Bằng cách sử dụng kẽm lỏng thay vì dùng nước biển và dùng ammonia thay vì silicatein, nhóm các nhà nghiên cứu đã có thể tạo ra quy trình như của bọt biển và áp dụng lên các tế bào quang điện. Quy trình này đang hứa hẹn sẽ đem năng lượng mặt trời cho bất kỳ ai có nhu cầu sử dụng.

Bọ cánh cứng và khai thác nước

Kỹ thuật khai thác nước hiệu quả là một trong những thách thức lớn nhất của thời hiện đại. Nước là một tài nguyên quý giá và thật khó để tin rằng có bất kỳ sinh vật nào có thể lấy nước từ không khí mỏng. Tuy nhiên, loài bọ cánh cứng Stenocara gracilipes có thể làm được điều đó.

Con bọ này có nguồn gốc sống ở hoang mạc Namib (Tây Nam châu Phi), là một trong những nơi nóng nhất trên hành tinh. Khi những làn gió quét sương mù ngoài biển, những giọt nước đó sẽ rơi đọng lên lưng con bọ cánh cứng. Nước sẽ chảy xuống các rãnh nhỏ để đưa lên miệng con bọ. Quy trình này giúp con bọ sống sót khi mà sương mù chỉ xuất hiện đúng 6 lần/tháng.

Giới khoa học đã không bỏ qua cơ hội thú vị này. Cụ thể, các nhà khoa học tại Bộ Quốc phòng Anh đã tiến hành nghiên cứu hồi năm 2001 nhằm tạo ra các loại ngói và lều mà có thể hứng nước tại những vùng khô hạn. Công ty NBD Nano ra đời lấy nguồn cảm hứng từ loài bọ cánh cứng. Công ty được thành lập bởi 4 thành viên từ các ngành sinh học, hóa hữu cơ và kỹ thuật cơ khí, công ty nhắm đến việc sản xuất ra loại chai nước tự làm đầy từ ý tưởng của chiếc vỏ loài bọ. Năm 2012, họ đã triển khai ý tưởng ra thị trường.

Dơi và gậy thông minh

Loài dơi nổi tiếng bởi sức mạnh về đêm vốn đến từ khả năng độc đáo của chúng, đó là phân biệt các vật thể trong bóng tối bằng cách sử dụng sóng định vị. Chúng có khả năng phát ra các tần số sóng siêu âm cao và đập vào các vật thể mà loài sinh vật có thể va đụng trong lúc bay.

Một nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Ấn Độ (Delhi, Ấn Độ) đã thực hiện ý tưởng từ các con dơi để cách mạng hóa những cây gậy dò đường dùng cho người khiếm thị. Thông qua nghiên cứu này, họ đã tạo nên thiết bị Gậy thông minh. Thiết bị này cũng phát ra các tín hiệu tương tự của loài dơi để dò ra những vật thể nguy hiểm. Thiết bị này được gắn vào một cây gậy trắng tiêu chuẩn.

Khi sóng định vị phản hồi lại thiết bị, nó sẽ rung cây gậy báo cho người sử dụng biết hướng để tránh đồ vật. Các nhà phát triển ra gậy thông minh (SmartCane) muốn tạo ra một sản phẩm không chỉ hữu dụng mà còn có giá cả phải chăng cho mọi người, hiện giá bán của nó vào khoảng 50 USD.

Thằn lằn và chất siêu dính

Quý vị luôn thấy những con thằn lằn đi lại trên tường, và tự hỏi sao chúng tài thế? Bí ẩn về khả năng leo tường của loài thằn lằn luôn là câu đánh đố người quan sát trong suốt hàng ngàn năm qua, và cuối cùng nó được giải mã vào năm 2002, khi các nhà nghiên cứu khám phá ra hàng triệu sợi lông nhỏ xíu trên chân con thằn lằn, còn gọi là "tơ cứng". Tơ cứng giúp tạo ra lực tĩnh điện yếu tầm ngắn gọi là "lực van der Waal".

Trong khi có nhiều ứng dụng cho phát kiến độc đáo từ thiên nhiên này, thì một trong số đó đã có bằng sáng chế hẳn hoi: một sản phẩm gọi là Da thằn lằn (Geckskin). 3 sinh viên tốt nghiệp tại Đại học Massachusetts Amherst (Mỹ) đã sáng tạo ra một loại chất dính siêu tái sử dụng lấy nguồn cảm hứng từ cơ chế của chân con thằn lằn.

Vật liệu siêu dính này có thể giữ một vật nặng tới 317 kg treo lủng lẳng trên tường. Kể từ khi ra mắt, Geckskin đã giành không ít lời khen ngợi từ các tổ chức và báo giới truyền thông bao gồm CNN, Bloomberg, The Guardian. 

Cá voi lưng gù và lưỡi dao tuốc-bin

Mẹ thiên nhiên còn dạy chúng ta về khả năng sản xuất điện gió khi gợi mở hình ảnh con cá voi lưng gù. Cả cá voi lưng gù và tuốc-bin gió đều có lợi vì giảm tối đa lực kéo trên bề mặt của chúng. Loài sinh vật khổng lồ này có thể lướt êm trong nước là do cơ chế vây của chúng gọi là "bướu".

Bướu cho phép cá voi bơi nhanh bằng cách giảm thiểu lực kéo và rất cần thiết trong quá trình tìm kiếm thức ăn. Và cơ chế cá voi lưng gù đã áp dụng với tuốc bin gió. GS Frank Fish từ Đại học West Chester (Pennsylvania, Mỹ) đã làm việc với nhóm nghiên cứu để thiết kế ra một loại lưỡi dao tuốc bin có những cái bướu. Kết quả, thiết kế tuốc bin đã hoạt động trơn tru, khai thác sức gió tối đa ở những vùng ít gió.

Ông Frank Fish là chủ tịch của tổ chức Điện cá voi (Whalepower, Canada) chuyên nâng cấp tuốc bin và thiết kế cánh quạt từ các phát hiện của mình. 

Đàn cá và trại điện gió

Một đàn cá khổng lồ bơi tấp nập trên biển, quả là quang cảnh thú vị. Dường như chúng biết cách giao tiếp với nhau và cùng đồng thời bơi tới hay rẽ ngoặt rất tài tình. Một giả thuyết cho hành vi này là cá trong đàn cá đã trôi ra khỏi mô hình của những con cá xung quanh.

Về cơ bản, đàn cá đóng vai trò như một kỹ thuật tiết kiệm năng lượng. Một nhóm các nhà nghiên cứu được dẫn đầu bởi GS John Dabiri đã thiết kế ra những tuốc bin gió thẳng đứng có thể hoạt động như cách của đàn cá. Khi tập trung các trụ tuốc bin gió lại với nhau, thì chúng sẽ tạo ra năng lượng hiệu quả hơn bằng cách tạo ra các luồng không khí từ những tuốc bin lân cận.

Kết quả là một loạt tuốc bin gió sẽ hoạt động tốt hơn các cối xay gió thông thường. Các phát hiện thú vị như thế này đã được hậu thuẫn bởi những nghiên cứu tương tự được thực hiện bởi các Giáo sư Đại học Stanford, Johns Hopkins và Delaware.

Da cá mập và du lịch hàng không

Có một lý do để giải thích tại sao mà cá mập lại là đề tài cho những câu chuyện kinh dị; chúng là một trong những kẻ săn mồi hiệu quả nhất trong thiên nhiên. Làn da của kẻ săn mồi này có khả năng tối ưu hóa nước giúp chúng đạt tốc độ cao khi bơi. Bề mặt của da cá mập được làm từ những cái răng nhỏ xíu gọi là "da răng cưa".

Những cái da răng cưa này (còn có tên gọi khác là vẩy hình tấm) đã tạo ra những rãnh nước giúp giảm lực kéo khi con cá mập bơi. Ý tưởng thiết kế về da cá mập luôn nằm trong tâm trí các nhà phát minh. Một trong những ứng dụng nổi bật đã đến từ 3 nhà khoa học của Tổ chức nghiên cứu Đức-Fraunhofer.

Họ đã phát triển ra một loại sơn đặc biệt sau khi nghiên cứu sâu về da cá mập. Loại sơn này khi được phủ lên một tấm khuôn tô đặc biệt và áp lên bề mặt của máy bay thì nó sẽ tạo ra cấu trúc như da cá mập làm giảm tối đa lực kéo. Các nhà nghiên cứu tuyên bố rằng nếu loại sơn đó được áp dụng cho tất cả máy bay trên hành tinh thì nó sẽ giúp tiết kiệm tới 4,48 triệu tấn nhiên liệu mỗi năm.