Công nghệ mới trên thế giới

Thứ năm, 26/09/2019

Các nhà khoa học vừa tạo ra một vật liệu mới kết hợp giữa sợi tơ tằm và bột gỗ có những tính năng tương tự như nhựa, nhưng có khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường.

Chế tạo thành công vật liệu nhựa sinh học có khả năng phân hủy

Các nhà khoa học vừa tạo ra một vật liệu mới kết hợp giữa sợi tơ tằm và bột gỗ có những tính năng tương tự như nhựa, nhưng có khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường.

Bằng cách kết hợp protein tơ tằm từ sợi mạng nhện với sợi cellulose gỗ, các nhà khoa học đã tạo ra một vật liệu có độ bền và khả năng đàn hồi tương đương với nhựa.

Khả năng đàn hồi là tiêu chuẩn để một vật liệu có thể được kéo dài mà không bị rách hoặc vỡ, và cho đến nay, các nhà khoa học đã tìm mọi cách để tạo ra sự kết hợp này cho sản phẩm sinh học thay thế nhựa. Để làm được điều đó, họ đã tìm để kết hợp hai thành phần sinh học với cùng một mục tiêu. Cellulose được biết đến với sức mạnh của nó, trong khi các sợi tơ nhện cung cấp khả năng đàn hồi ấn tượng.

Pezhman Mohammadi, nhà nghiên cứu tại Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật VTT của Phần Lan cho biết: "Chúng tôi đã sử dụng bột cây bạch dương, phá vỡ nó thành sợi nano cellulose và sắp xếp chúng thành một khối cứng. Đồng thời, chúng tôi đã thâm nhập vào mạng lưới cellulose bằng một ma trận kết dính tơ nhện mềm”.

Các nhà khoa học đã kết hợp protein tơ tằm với sợi cellulose gỗ để tạo ra một vật liệu composite mới. (Ảnh: EEVA SUORLAHTI).

Mohammadi đã làm việc với các nhà khoa học tại Đại học Aalto để sản xuất vật liệu composite dựa trên sinh học này. Mặc dù tơ được sản xuất bởi tằm và nhện, nhưng các nhà khoa học tại Đại học Aalto đã lấy nguồn tơ từ vi khuẩn được tăng cường bằng DNA tổng hợp.

Markus Linder, giáo sư tại Đại học Aalto, cho biết: "Vì chúng tôi biết cấu trúc của DNA, chúng tôi có thể sao chép nó và sử dụng nó để sản xuất các phân tử protein tơ tương tự như hóa học được tìm thấy trong các sợi mạng nhện".

Quá trình này mang lại một vật liệu có độ bền và độ cứng cao, cũng như tăng độ dẻo dai. Quan trọng nhất, sức mạnh này không bị tổn hại khi vật liệu được kéo dãn.

Tạp chí Science Advances đã mô tả về vật liệu mới như sau: “Chất lượng của vật liệu tương tự như nhựa, nhưng vì nó có khả năng phân hủy sinh học, vật liệu mới này thân thiện với môi trường hơn”.

Pezhman Mohammadi cho biết: "Công việc của chúng tôi là phát triển các khả năng mới và linh hoạt của kỹ thuật protein. Trong tương lai, chúng tôi có thể sản xuất các vật liệu tổng hợp tương tự dùng trong ngành xây dựng. Hiện tại chúng tôi đang nghiên cứu chế tạo vật liệu composite mới dưới dạng vật thể chống va đập và các sản phẩm khác".

Tạo ra điện từ màn đêm, các nhà khoa học đã khiến bóng tối không còn đáng sợ

Bằng cách sử dụng một thiết bị nhiệt điện không mấy tốn kém, các nhà khoa học có thể tận dụng được thứ vô tận và có sẵn ở quanh ta để tạo ra điện: bóng tối lạnh lẽo. Quá trình này được gọi là phản ứng làm mát bức xạ, kết quả của nó là dòng điện đủ lớn để thắp sáng bóng đèn LED.

Thiết bị này cũng giống như những tấm pin năng lượng Mặt Trời, điểm khác biệt đó là nó không lấy năng lượng trực tiếp từ Mặt Trời mà từ sự thay đổi nhiệt độ giữa ngày và đêm. Chính vì điều này, thiết bị có thể tạo ra điện vào ban đêm khi các tấm pin Mặt Trời không thu được năng lượng.

Thắp sáng không dùng lưới điện vào ban đêm đã không còn là chuyện khó khăn không tưởng

“Tại sao phải chờ đến ban ngày mới có thể lấy được năng lượng tạo điện, trong khi ta có thể làm điều đó vào ban đêm? Không chỉ thắp sáng, chúng tôi tin công nghệ này có thể đem điện đến những nơi vùng sâu vùng xa vốn khó tiếp cận được mạng lưới quốc gia và cần năng lượng điện vào ban đêm”, Aaswath Raman, trợ lý giáo sư tại Đại học California, Los Angeles, là tác giả của nghiên cứu, cho biết.

Pin năng lượng Mặt Trời nhận lấy ánh sáng và nhiệt từ Mặt Trời vào ban ngày và bắt đầu chuyển hóa thành điện. Nhưng vào ban đêm, việc lưu trữ và sử dụng năng lượng đó trở nên một bài toán khó và thường khiến công nghệ này đội giá lên nhiều lần.

Raman cùng hai nhà khoa học khác đến từ Đại học Stanford gồm Wei Li và Shanhui Fan đã phát triển một thiết bị sử dụng kỹ thuật làm mát bức xạ để tạo ra điện giữa màn đêm. Một cách diễn đạt đơn giản là nhiệt của mặt đất truyền vào bầu khí quyển dưới dạng bức xạ nhiệt, một phần của lượng nhiệt này bị biến mất vào không trung, hòa vào không khí lạnh ở các tầng khí quyển cao.

Một thiết bị điện nhiệt nhận năng lượng từ sự làm mát bức xạ, đang thu lấy năng lượng từ tự nhiên. (Ảnh: Aaswath Raman/UCLA).

Công nghệ này “tóm” lấy lượng nhiệt bị thất thoát ở giữa đường. Buổi chiều khi Mặt Trời lặn, mặt đất sẽ dần chuyển lạnh, sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm xuất hiện cũng là lúc hiện tượng làm mát bức xạ diễn ra. Nhóm các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm công nghệ này tại khuôn viên Đại học Stanford và đã đạt được một số thành công nhất định.

“Nghiên cứu của chúng tôi tạo ra cơ hội giúp những vùng đất lạnh lẽo trên thế giới có thể tạo ra được nhiệt và điện, chúng là một nguồn năng lượng tái tạo và hoàn toàn xanh sạch. Mặc dù sản lượng điện tạo ra là thấp một cách đáng kể, nhưng nó sẽ là trợ thủ đắc lực cho năng lượng Mặt Trời vào những hôm không nắng hoặc vào ban đêm lạnh lẽo”, Raman cho biết thêm.

Năng lượng Mặt Trời dần trở thành nguồn năng lượng phổ biến trong vài năm trở lại đây khi ngày càng nhiều gia đình và doanh nghiệp đầu tư cho mình một hệ thống tấm thu Mặt Trời tạo điện. Các vùng sa mạc ở Châu Á và Trung Đông là nơi phát triển công nghệ này nhanh nhất vì điều kiện thời tiết đặc thù ở nơi đây.

Sáng chế robot "cá bay" phục vụ nghiên cứu môi trường

Các kỹ sư tại trường Đại học Hoàng gia London (Anh) đã phát minh ra một robot "cá bay" cỡ nhỏ có thể sử dụng nước để tạo ra khí và tự phóng lên từ mặt nước..

Theo kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Robotics ngày 12/9, robot này có thể phóng từ mặt nước và bay 26 mét trong không khí. Robot có thể được ứng dụng để thu thập các mẫu nước trong môi trường nguy hiểm và bị cản trở, như trong trường hợp lũ lụt hoặc khi theo dõi ô nhiễm đại dương.

Robot "cá bay" cỡ nhỏ có thể sử dụng nước để tạo ra khí và tự phóng lên từ mặt nước. (Ảnh: newatlas.com).

Bộ phận chuyển động duy nhất của robot là một máy bơm nhỏ có thể lấy nước từ các môi trường như trong hồ hoặc đại dương. Bộ phận này chứa 0,2 gram bột canxi cacbua (calcium carbide) trong buồng đốt. Nước và bột sẽ kết hợp với nhau để tạo ra khí axetylen có thể cháy, và khí này khi được đốt cháy có thể đẩy nước thoát ra thành một tia đủ mạnh để đưa robot lướt lên khỏi mặt nước.

Robot chỉ nặng 160 gram này có thể tạo ra một lực gấp 25 lần trọng lượng bản thân, do đó nó có thể vượt qua những cơn sóng cản trong điều kiện khắc nghiệt. Ngoài ra, robot này có thể nhảy nhiều lần sau khi đổ đầy hộp chứa nước, cho phép nó lấy mẫu nước tại nhiều điểm mà không cần nạp thêm năng lượng.

Chuyên gia Raphael Zufferey thuộc trường Đại học Hoàng gia London cho biết:"Những loại robot năng lượng thấp, không có dây buộc này có thể thực sự hữu ích trong các môi trường cần tốn nhiều thời gian và tài nguyên để giám sát, trong đó bao gồm cả các khu vực sau thảm họa như lũ lụt hoặc sự cố hạt nhân".

Hiện nhóm nghiên cứu đang tiến hành thử nghiệm robot trong một loạt nhiệm vụ như giám sát vùng biển xung quanh các rạn san hô và các nguồn năng lượng ngoài khơi.

Chiếc lá nhân tạo có khả năng biến ánh sáng mặt trời thành thuốc

Mặt Trời là nguồn năng lượng khổng lồ và gần như vô tận mà hiện nay chúng ta mới chỉ bắt đầu khai thác, trong khi các loài cây đã là những “chuyên gia” khai thác nguồn năng lượng miễn phí này từ khi chúng xuất hiện trên Trái Đất.

Điều đó đã truyền cảm hứng cho các nhà nghiên cứu ở Trường đại học Công nghệ Einhoven, Hà Lan, tạo ra một loại lá cây nhân tạo đầy hứa hẹn. Cũng giống như một chiếc lá thật, chiếc lá nhân tạo này hấp thụ ánh sáng mặt trời và tạo ra một thứ hoàn toàn mới, đó là thuốc dành cho con người.

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành dự án này được một thời gian và giới thiệu mẫu vật đầu tiên vào năm 2016. Đến nay, công nghệ đã tiến bộ hơn nhiều và các nhà nghiên cứu cho biết chiếc lá nhân tạo có màu sắc đẹp mắt này có thể sử dụng để tạo ra gần như bất kì loại thuốc nào.

Tận dụng những thành tố có sẵn trong tự nhiên, những chiếc lá nhỏ xíu này vận dụng những kênh phức tạp có đường dẫn giống như mao mạch trong các chiếc lá thật. Ánh sáng mặt trời chiếu vào những dòng dung dịch chảy trong lá nhân tạo sẽ tạo thành những phản ứng hóa học. Thông thường quá trình này cần phải sử dụng năng lượng điện, hóa chất thô hoặc cả hai thứ, nhưng bằng cách sử dụng ánh sáng mặt trời làm năng lượng để sản xuất thuốc.

Chiếc lá “kháng điện” tí hon.

Các nhà khoa học cho rằng những hệ thống như vậy sẽ được sử dụng ở những nơi khan hiếm thuốc và không có đủ điều kiện sản xuất thuốc. Sản xuất thuốc chữa bệnh sốt rét trong rừng, nơi không có điện lưới sẽ trở nên dễ dàng hơn nhiều nhờ những tiến bộ khoa học này.

Ông Timothy Noel, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết gần như không có trở ngại gì để đưa công nghệ này vào thực tiễn, trừ một điều là chỉ có thể áp dụng nó vào ban ngày khi có ánh sáng mặt trời. Những chiếc lá nhân tạo hoàn toàn có thể nhân rộng, bất cứ nơi nào có mặt trời là chúng hoạt động được. Việc nhân rộng rất dễ dàng và do tính chất tự cung cấp năng lượng và giá thành không hề đắt, chúng rất phù hợp để dùng trong quá trình sản xuất hóa chất cần tiết kiệm chi phí.

Da nhân tạo đổi màu như tắc kè hoa

Các nhà khoa học chế tạo thành công loại da thông minh có khả năng đổi màu theo nhiệt độ và ánh sáng.

Nhóm nghiên cứu của Yixiao Dong, chuyên gia tại Đại học Emory, chế tạo loại da mới có thể chuyển màu mà vẫn giữ nguyên kích thước, UPI hôm 11/9 đưa tin. "Việc theo dõi tắc kè truyền cảm hứng cho chúng tôi thực hiện nghiên cứu mới. Chúng tôi phát triển ý tưởng về da thông minh đổi màu dựa vào việc quan sát tự nhiên", Dong cho biết.

Da nhân tạo có thể tự chuyển màu. (Ảnh: UPI).

Tinh thể quang tử trong da tắc kè hoa giúp chúng thay đổi vẻ ngoài để hòa mình vào môi trường xung quanh. Một số loài cá cũng dùng cách tương tự để thay đổi ngoại hình. Các tinh thể không chứa sắc tố nhưng cho phép một số bước sóng ánh sáng đi qua, số khác thì phản xạ lại. Việc điều chỉnh khoảng cách giữa các tinh thể hoặc điều kiện ánh sáng có thể thay đổi loại bước sóng bị hấp thụ hay phản xạ.

"Các chuyên gia về tinh thể quang tử nghiên cứu rất lâu, cố gắng tạo ra loại da thông minh đổi màu nhằm ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, ví dụ ngụy trang, nhận biết hóa chất, làm nhãn chống hàng giả. Công trình vẫn đang trong giai đoạn sơ khai, nhưng chúng tôi đã đặt nền móng cho một phương pháp mới để từ đó tiếp tục phát triển thêm", Khalid Salaita, giáo sư hóa tại Đại học Emory, chia sẻ.

Trước đây các nhà khoa học từng chế tạo được da chuyển màu nhưng lại bị biến dạng. "Tôi muốn biết tại sao tắc kè hoa không to lên hoặc nhỏ đi khi đổi màu", Dong nói. Khi xem video về tắc kè hoa, ông phát hiện tinh thể quang tử chỉ bao phủ một số phần da. Chúng nằm xen kẽ với những vùng da tối. Dong nhận thấy vùng tối này điều chỉnh để bù lại những thay đổi về cấu trúc tinh thể, giúp da tắc kè duy trì kích thước cũ.

Trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu dùng nam châm để sắp xếp các tinh thể quang tử oxit sắt trong một lớp hydrogel. Tiếp theo, họ đặt chúng vào lớp hydrogel thứ hai không đổi màu. Họ thiết kế lớp hydrogel thứ hai này để điều chỉnh chuyển động của các tinh thể.

Khi thử nghiệm, da nhân tạo thay đổi màu sắc theo nhiệt độ mà vẫn giữ nguyên kích thước. Khi nhóm nghiên cứu cắt da thành miếng nhỏ và mang ra ngoài, nó cũng chuyển màu từ cam sang xanh lá dưới ánh Mặt Trời mà không biến dạng.

Mai Hoàng tổng hợp (Theo khoahoc.tv)

Tags