Phát triển vật liệu siêu nhẹ lấy cảm hứng từ tôm tít

Một loại vật liệu nhẹ, siêu bền vừa được phát hiện ra nhờ vào sát thủ săn mồi của tự nhiên. Một con tôm tít công (còn gọi là tôm tích, tôm thuyền, tôm búa) nhỏ bé và đầy màu sắc nhưng lại sở hữu chiếc càng có thể búng ra với gia tốc của viên đạn .22 cal (khoảng 5,5 mm).

tôm tít

Mới đây, nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Đại học California đã phát triển thành công loại vật liệu có cấu trúc lấy cảm hứng từ càng của tôm tít. Kết quả của nghiên cứu hứa hẹn sẽ cho ra đời một loại vật liệu nhẹ, siêu bền có thể được sử dụng trong ngành công nghiêp hàng không vũ trụ hay sản xuất xe hơi.

Với chiều dài thân từ 10 đến 15cm, tôm tít không phải là loài giáp sát lớn nhất đại dương, nhưng nó lại có những khả năng đặt biệt khác. Với hai chiếc càng linh hoạt của mình, tôm tít có thể gây choáng thậm chí là giết chết con mồi mà kông cần chạm vào. Tôm tít thường đánh những chiếc càng của mình tạo thành những tiếng tách tách như một cách giao tiếp với đồng loại. Đối với kẻ thù, đây là âm thanh như muốn báo hiệu rằng: "Hãy tránh xa ra".

Âm thanh tách tách này được phát ra từ loại vũ khí nguy hiểm mà tôm tít sở hữu. Tôm tít dùng 2 chiếc càng giống như 2 cái dùi cui để búng về phía con mồi với gia tốc nhanh hơn gia tốc của một viên đạn .22 cal và tạo ra một lực có độ lớn gấp 1000 lần so với trọng lượng của chính nó. Theo đo đạc, lực búng của một con tôm tít dưới nước có thể lên tới 91kg. Với 2 chiếc càng, tôm tích có thể hạ gục được nhiều loài giáp xác khác kể cả những con cua với lớp vỏ cứng.

Với lực búng của càng vô cùng lớn, việc nuôi một con tôm tít trong một chiếc hồ kính không phải là điều đơn giản do nó hoàn toàn có thể làm vỡ cả chiếc hồ thủy tinh. Người chủ sở hữu phải dùng một chiếc hồ nuôi đặc biệt được gia cố chắc chắn mới có thể nuôi dưỡng loài động vật này.

Đồng thời, với tốc độ búng càng cực nhanh, tôm tít tạo ra một bong bóng khí ở khoảng giữa nó và con mồi. Khi bong bóng khí này vỡ ra sẽ hỗ trợ thêm một lực tác động vào con mồi khiến nó có thể bị choáng hoặc thậm chí là bị giết chết.

Nhưng vấn đề gây sự tò mò cho các nhà nghiên cứu tại Đại học California là nhờ đâu mà tôm tít có thể búng một lực lớn hơn trọng lượng của nó tới hàng nghìn lần mà chiếc càng vẫn chịu được mà không bị gãy? Câu hỏi đặt ra là tại sao lại như vậy?

vật liệu mới
Cấu trúc xoắn đinh ốc của lớp vỏ càng tôm tít​

Trong những nghiên cứu trước đây, nhóm đã phát hiện được rằng chiếc càng được tạo thành từ nhiều lớp cuticle chồng chất lên nhau với các lớp endocuticle bên trong. Cấu trúc này thực chất là sự sắp xếp xoắn ốc của các thớ khoáng chất xơ. Từng lớp đan xen nhau và được xếp xoáy tròn hướng vào nhau hình thành nên một vòng xoắn ốc. Chính cấu trúc hình xoắn ốc này đã giúp hấp thụ phản lực khi chiếc càng được búng ra.

Dựa trên cấu trúc càng của tôm tít, các nhà nghiên cứu đã chế tạo nên một cấu trúc xoắn ốc tương tự bằng vật liệu sợi tổng hợp carbon epoxy. Mỗi lớp sợi được xếp thành từng nhóm 3 sợi đặt với 3 góc độ khác nhau từ 10 đến 25 độ. Lớp này nối tiếp lớp khác tạo thành một cấu trúc xoắn ốc hoàn chỉnh.

Sau đó, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm của loại vật liệu mới với 2 loại vật liệu chuyên dụng khác. 2 loại vật liệu được mang ra so sánh cũng được chế tạo thành từng lớp nhưng được xếp song song hoặc xen kẽ. Cả 3 loại vật liệu sẽ được thông qua hệ thống kiểm tra xung kích thường dùng trong ngành công nghiệp máy bay.

Kết quả cho thấy loại 2 vật liệu có cấu trúc song song và đan xen bị thiệt hại nặng hoặc hư hại hoàn toàn. Trong khi đó, nhóm nghiên cứu cho biết loại vật liệu lấy cảm hứng từ tôm tít, dù bị hư hại một số sợi carbon, nhưng vẫn có mức độ hư hại chung ít hơn 20% so với 2 loại vật liệu so sánh.

david kisailus
Giáo sư David Kisailus trưởng nhóm nghiên cứu tại Đại học California​

Đó chính là nhờ vào việc sắp xếp các lớp sợi theo hình xoắn ốc cho phép lực tác động có thể phân tán lực tác động trong toàn bộ cấu trúc mà không tập trung tại 1 điểm. Đây chính là mấu chốt khiến loại vật liệu mới này có thể chịu được lực nén và có kết quả khả quan sau bài kiểm tra.

Theo nhóm nghiên cứu, loại vật liệu tổng hợp lấy cảm hứng từ tôm tít có thể được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ hoặc sản xuất xe hơi. Ngoài ra, nó còn có thể được sử dụng để chế tạo các loại áo giáp, nón bảo hộ,... với độ bền cao hơn so với các loại vật liệu thường được sử dụng hiện nay. Không chỉ vậy, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục xây dựng cấu trúc càng của tôm tít bằng mô hình máy tính hứa hẹn sẽ phát hiện thêm nhiều loại đặc điểm mới mẻ khác.

David Kisailus, giáo sư kỹ thuật tại Đại học Californa, thành viên danh dự tại Viện hàn lâm Khoa học Mỹ, cho biết: "Chúng ta càng nghiên cứu nhiều về các loài động vật giáp xác bé nhỏ thì sẽ càng nhận được nhiều điều thú vị về kết cấu của nó nhằm giúp cải thiện nhiều thứ trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta".

Tinh tế/Khoa học, 28/04/2014
Đăng ngày 29/04/2014
Khoa học

Liên kết khép kín chuỗi rong biển

Sáng 25/10/2024, tại Hà Nội, diễn ra lễ ký liên kết khép kín chuỗi rong biển giá trị cao giữa doanh nghiệp thu mua chế biến và doanh nghiệp cung cấp giống với Trung tâm ICAFIS thuộc Hội Thủy sản Việt Nam (đang phối hợp thúc đẩy chương trình hỗ trợ người dân trồng 1.000 ha rong biển).

Rong biển
• 10:07 01/11/2024

Siêu thâm canh tôm thẻ chân trắng độ mặn thấp

Những năm gần đây, hoạt động nuôi tôm thẻ chân trắng trong các vùng địa lý có độ mặn thấp, nằm sâu trong đất liền đang phát triển nhanh do đặc điểm sinh học của tôm chống chịu thay đổi lớn về độ mặn và mật độ thả giống cao (Prangnell và cộng sự, 2019a).

Tôm thẻ chân trắng
• 10:45 28/10/2024

Điểm sáng từ cho lai cá mú trân châu và cá mú nghệ

Được biết cá mú lại hay còn gọi là cá mú trân châu, cá này là con lai giữa cá mú nghệ đực (Epinephelus lanceolatus) tên tiếng anh giant grouper là và cá mú cọp cái (Epinephelus fuscoguttatus) tên tiếng anh là tiger grouper.

Cá mú
• 10:54 16/10/2024

Biện pháp phòng vệ chống lại vi-rút đốm trắng: Bảo vệ qua trung gian RNAi ở tôm

Vi-rút gây hội chứng đốm trắng (WSSV) đe dọa đáng kể đến ngành nuôi tôm trên toàn thế giới.

Tôm bệnh đốm trắng
• 09:00 10/10/2024

Khám phá sự thật thú vị về cá mắt thùng

Cá mắt thùng, hay còn gọi là Barreleye Fish, là một trong những loài cá kỳ lạ nhất và độc đáo nhất trong thế giới động vật biển sâu. Hãy cùng khám phá những sự thật thú vị về cá mắt thùng qua bài viết dưới đây.

Cá mắt thùng
• 22:50 14/11/2024

7 sự thật thú vị và xu hướng xuất khẩu tôm hiện nay

Tôm đã trở thành mặt hàng xuất khẩu quan trọng khi liên tục ghi nhận mức giá trị tăng cao qua từng năm, góp phần không nhỏ vào sự phát triển kinh tế một quốc gia. Đây chắc chắn là tín hiệu tích cực cho các nhà sản xuất tôm, tuy nhiên người nuôi cũng phải nhận thức được xu hướng hiện tại trong xuất khẩu tôm trước khi thâm nhập vào thị trường toàn cầu.

Tôm xuất khẩu
• 22:50 14/11/2024

Tầm quan trọng của việc chọn lọc gen cho tôm giống

Chọn lọc gen cho tôm giống là một quá trình quan trọng giúp cải thiện năng suất và hiệu quả trong nuôi trồng thủy sản. Việc sử dụng tôm giống có gen tốt, đã được chọn lọc, giúp nâng cao sức khỏe và khả năng kháng bệnh cho tôm, từ đó giảm thiểu rủi ro và tăng hiệu quả sản xuất.

Tôm giống
• 22:50 14/11/2024

Tổng hợp các phương pháp kiểm soát nguồn gốc chất thải

Kiểm soát nguồn gốc chất thải thủy sản đặc biệt là nuôi tôm là một khâu quan trọng trong quản lý chất thải, nhằm xác định nguồn phát sinh, loại chất thải, lượng chất thải và các thông tin liên quan khác. Các phương pháp này giúp chúng ta có những biện pháp xử lý và giảm thiểu chất thải hiệu quả hơn.

Nguồn gốc chất thải
• 22:50 14/11/2024

Tiêu chuẩn chất lượng thức ăn trong nuôi tôm: Yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả và sức khỏe

Thức ăn không chỉ là nguồn cung cấp năng lượng mà còn là nền tảng để tôm tăng trưởng, phát triển hệ miễn dịch, và đạt đến kích cỡ thương phẩm. Để đạt được mục tiêu này, người nuôi cần nắm rõ các tiêu chuẩn chất lượng thức ăn và cách kiểm soát chúng trong suốt quá trình nuôi.

Tôm thẻ
• 22:50 14/11/2024
Some text some message..