Công phu “bích hổ du tường” không còn viễn vông
Đội ngũ các nhà nghiên cứu Đức đã chế tạo thành công chất “người nhện” này bằng cách sử dụng azobenzene – một phân tử có khả năng xoắn, cuộn lại dưới tác động của tia UV. Tiến sỹ Emre Kizilkan, một nhà nghiên cứu tại Khoa Động vật học của Đại học Kiel, Đức và đồng thời là người lãnh đạo dự án này, chia sẻ với tờ Gizmodo: “Mục tiêu cuối cùng của chúng tôi là tạo ra được một thứ giúp con người leo trèo được lên mọi bề mặt trên trái đất này”.
Khi được chiếu bằng ánh sáng tia cực tím, vật liệu thông minh này với bề mặt bám dính sẽ cong lại. Bằng cách này nó có thể nâng nhấc, vận chuyển và thả rơi các vật thể phẳng, có ba chiều (cao, rộng, dài). Vật liệu tổng hợp này bao gồm 2 chất liệu: một chất liệu bám dính và một tấm nhựa giãn nở LCE (liquid crystal elastomer). LCE được làm từ phân tử azobenzene có khả năng uốn cong khi bị chiếu bằng ánh sáng tia cực tím. Khả năng uốn cong khiến chất liệu bám dính tự tách mình khỏi bề mặt tiếp xúc với vật thể.
| Nhà khoa học vật liệu Emre Kizilkan thí nghiệm cường độ bám dính của vật liệu tổng hợp khi được chiếu bằng ánh sáng tia cực tím. |
Loại vật liệu này, được gọi là bioinspired photocontrollable microstructured transport device, gọi tắt là BIPMTD (tạm dịch là thiết bị vận chuyển sinh vật học điều khiển bằng ánh sáng có cấu trúc siêu nhỏ) sử dụng thiết kế tương tự như bàn chân của con tắc kè được gắn một lớp azobenzene siêu dính. Thực tế, chất liệu này lấy cảm hứng từ con thạch sùng - loài bò sát vốn nổi tiếng với khả năng leo, bám trên tường.
Đoạn tóm tắt nội dung nghiên cứu này trên tạp chí Science Robotics có ghi: “Thạch sùng có thể bò trên bề mặt thẳng đứng và bên dưới bề mặt nằm ngang nhờ cấu trúc phân bậc bên dưới ngón chân. Cấu trúc này đảm bảo cho sự bám dính chắc chắn, cùng lúc cho sự tách rời nhanh chóng bằng kích thích cơ học thông qua chuyển động của chân. Lấy cảm hứng từ những hệ thống kích thích phản ứng như vậy trong tự nhiên, chúng tôi đã phát triển được một thiết bị vận chuyển nhân tạo, điều khiển bằng ánh sáng có cấu trúc siêu nhỏ”.
Bề mặt của nó có cấu trúc hình nấm, điều này giúp cho việc dính hoặc nâng đồ vật mà nó tiếp xúc lên dễ dàng hơn. Nó sử dụng lực hút Van Der Waals (là lực liên kết nội phân tử tạo nên một lực hút tạm thời, gây ra giữa các lưỡng cực trong phân tử không phân cực và nguyên tử do sự phân bố bất đối xứng những electron nhờ sự di chuyển của chúng), khiến các phân tử xung quanh hút nhau.
Mặc dù những lực này rất yếu, tuy nhiên loài tắc kè có rất nhiều sợi lông siêu nhỏ phủ kín bàn chân, chính điều này đã khiến lực hút được nhân lên tới hàng nghìn lần, cho phép nó bám lên các bề mặt một cách chắc chắn. Khi vật liệu BIPMTD được chiếu sáng bởi tia UV, nó cuộn lên, giới hạn phần tiếp xúc với bất kỳ mặt phẳng nào gần nó, làm nó không dính nữa. Tuy nhiên, khi tắt tia UV đi, chất “người nhện” này phục hồi lại trạng thái phẳng, siêu dính của nó.
Điều này cho phép những nhà nghiên cứu kiểm soát độ dính của BIPMTD đề phù hợp với các loại đồ vật khác nhau. Họ thử nghiệm nó bằng cách nâng những đồ vật phẳng lên khi tắt tia UV, rồi sau đó bật đèn lên để nó cuộn lại nhằm dính được những vật thể hình cầu. Bằng cách tắt đèn đi thì BIPMTD sẽ “nhả” vật thể hình cầu ra.
|
Vật liệu khi không có tia cực tím sẽ bám dính, khi chiếu tia cực tiếp sẽ nhả ra do được cong lên. |
Vật liệu này đặc biệt hữu dụng vì nó không để lại bất kỳ dấu tích nào trên “nạn nhân” sau khi được nhả ra. Các nhà khoa học cho biết rằng BIPMTD có thể được sử dụng cho nhiều mục đích, ứng dụng khác nhau, ví dụ như thiết kế robot hay các máy móc chẳng hạn. Hoặc nó có thể dùng để tạo ra một bộ đồ người nhện thứ thiệt!
Các chuyên gia cho biết chỉ cần một mảnh vật liệu rộng 20 cm2 loại này là đủ để nâng một người đàn ông trưởng thành (70kg) lên, tuy rằng họ chưa tiến hành thí nghiệm với người. Tiến sĩ Kizilkan cho biết vật liệu này vẫn còn một số hạn chế: “Tuy vậy vẫn còn một số lo ngại về độ bền của vật liệu này sau nhiều lần sử dụng. Khi bị dính bẩn, khả năng bám dính có thể bị hạn chế”.