Hãy thử tưởng tượng một sợi dây cao su có khả năng tự búng lại nhiều lần hoặc một con robot nhỏ có thể tự nhảy lên một dãy cầu thang bằng năng lượng của chính nó. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Massachusetts Amherst đã khám phá ra cách tạo ra các vật liệu có thể tự chuyển động và tự thiết lập lại quy trình đó, chỉ dựa vào dòng năng lượng từ môi trường xung quanh chúng. Khám phá này có thể tỏ ra hữu ích cho các ngành công nghiệp khác nhau muốn tạo nguồn chuyển động bền vững, từ đồ chơi đến người máy, và ​​cung cấp thêm hiểu biết về cách thế giới tự nhiên cho một số loại chuyển động.

Al Crosby, Giáo sư Khoa học và Kỹ thuật polymer của trường Đại học Khoa học Tự nhiên tại UMass Amherst, và Yongjin Kim, một nghiên cứu sinh trong nhóm của Crosby, cùng với nhà nghiên cứu sinh viên Jay Van den Berg từ Đại học Công nghệ Delft ở Hà Lan, đã phát hiện ra quy trình vật lý trong thí nghiệm liên quan đến việc theo dõi một dải gel khô.

Các nhà nghiên cứu quan sát thấy rằng khi dải gel dài, đàn hồi bị mất chất lỏng bên trong do bay hơi, dải này sẽ chuyển động. Hầu hết các chuyển động đều chậm nhưng tăng tốc dần. Các nghiên cứu bổ sung cho thấy hình dạng của chất liệu có ảnh hưởng đến điều này và chúng có thể tự tái thiết lập để tiếp tục chuyển động của chúng.

Crosby cho biết: “Nhiều loài thực vật và động vật, đặc biệt là những loài nhỏ, sử dụng các bộ phận đặc biệt hoạt động như lò xo và chốt để giúp chúng di chuyển rất nhanh, nhanh hơn nhiều so với động vật chỉ có cơ bắp. Các loài thực vật như cây bắt ruồi Venus là những ví dụ điển hình về loại chuyển động này, cũng như châu chấu và kiến ​​bẫy hàm trong thế giới động vật. Tuy nhiên, hầu hết các thiết bị chuyển động trong những loại rô bốt nhỏ cần có động cơ hoặc tác động của con người để tiếp tục chuyển động. Với khám phá này, ta có thể có nhiều ứng dụng khác nhau mà không cần pin hoặc động cơ để chuyển động."

Kim giải thích rằng, sau khi tìm hiểu vật lý cơ bản từ các dải sấy, nhóm đã thử nghiệm với các hình dạng khác nhau để tìm ra những hình dạng có khả năng phản ứng theo những cách mong muốn và nó sẽ di chuyển liên tục mà không cần bất kỳ động cơ hoặc bàn tay nào đặt lại chúng. Nhóm nghiên cứu thậm chí còn chỉ ra rằng các dải được định hình lại có thể hoạt động, chẳng hạn như tự mình leo lên một dãy cầu thang.

Crosby thông tin thêm: "Những bài học này chứng minh cách vật liệu có thể tạo ra chuyển động mạnh mẽ bằng cách khai thác các tương tác với môi trường của chúng, chẳng hạn như thông qua bốc hơi. Khám phá này rất quan trọng trong việc thiết kế robot mới, đặc biệt là ở những nơi kích thước nhỏ, nơi khó để đặt động cơ, pin hoặc năng lượng từ các nguồn năng lượng khác."

Những kết quả mới nhất này từ Crosby và nhóm cộng sự nằm trong sáng kiến ​​nghiên cứu đại học đa ngành lớn hơn được tài trợ bởi Văn phòng Nghiên cứu Quân đội, Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội của Bộ Chỉ huy Phát triển Khả năng Chiến đấu của Quân đội Hoa Kỳ và được dẫn đầu bởi Sheila Patek, Giáo sư Sinh học tại Đại học Duke, với mục đích khám phá ra nhiều cơ chế tương tự từ các sinh vật chuyển động nhanh và chuyển chúng thành các thiết bị được chế tạo mới.

Ralph Anthenien, Giám đốc chi nhánh của Army Research, cho biết: “Nghiên cứu này là một phần trong nỗ lực đa ngành nhằm tìm hiểu các hệ thống xung động sinh học. Điều này sẽ đặt nền tảng cho các phương pháp có thể mở rộng để tạo ra lực cho tác động cơ học và các cấu trúc lưu trữ năng lượng. Công trình này sẽ tạo ra vô số ứng dụng có thể có trong tương lai trong các hệ thống truyền động và động lực cho Quân đội và Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ."

Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210201144909.htm