Những phát minh mới của khoa học

Thứ năm, 30/05/2019

Vào những thập kỷ gần đây, trong lĩnh vực thám hiểm dưới nước, các thiết bị lặn đã cung cấp cho khoa học rất nhiều thông tin giá trị.

1. Thiết bị lặn tự sạc pin nhờ... phân cá

Vào những thập kỷ gần đây, trong lĩnh vực thám hiểm dưới nước, các thiết bị lặn đã cung cấp cho khoa học rất nhiều thông tin giá trị.

Thực sự, trong lòng biển cả vẫn còn ẩn chứa vô vàn những điều con người cần biết và các thiết bị lặn đã giúp ích rất nhiều cho điều này.

Nhưng biển cả thì mênh mông sâu thẳm mà năng lượng chứa trong thiết bị thì có hạn không đáp ứng đủ thời lượng cho việc khám phá. Đưa thiết bị lên mặt nước thì công việc dở dang, mà nếu bỏ luôn thiết bị dưới đáy đại dương thì quá lãng phí và tốn kém. Vì vậy, vấn đề thời lượng của pin là điều mà các nhà khoa học luôn quan tâm.

Thực tế là từ lâu, khoa học vẫn muốn tìm kiếm một nguồn năng lượng bền vững để sử dụng cho các thiết bị. Và người ta đã nghĩ tới nguồn vi sinh vật, là một nguồn nguyên liệu phong phú trong môi trường. Chính vì vậy mà các tế bào nhiên liệu sinh học MFC ra đời.

MFC tức Microbial Fuel Cell, được sắp xếp thành hai nhóm: qua trung gian và không qua trung gian. Các MFC đầu tiên xuất hiện vào đầu thế kỷ 20, thuộc nhóm đầu, đã sử dụng chất trung gian là một hóa chất để chuyển các electron từ vi khuẩn trong tế bào sang anode của ắc quy.

Robot lặn dưới biển sâu này của hải quân Mỹ rất cần được trang bị năng lượng hoạt động bằng MFC.

Loại MFC thuộc nhóm hai xuất hiện vào những năm 1970, trong loại MFC này, trên màng ngoài của vi khuẩn thường có các protein hoạt động điện hóa có tính năng khử oxy hóa như cytochrome có thể chuyển các electron trực tiếp vào anode.

Trong thế kỷ 21, các nhà khoa học lại quay sang nghiên cứu MFC thương mại trong nước thải, dùng hoạt động của vi sinh vật để chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện. Các tế bào điện hóa này được chế tạo bằng cách sử dụng một bioanode (cực dương sinh học) hoặc một biocathode (cực âm sinh học).

Hầu hết các MFC có chứa một màng để phân tách các ngăn của anode (nơi xảy ra quá trình oxy hóa) và cực âm (nơi xảy ra quá trình khử). Các electron được tạo ra trong quá trình khử oxy hóa được chuyển trực tiếp vào điện cực.MFC hoạt động rất tốt trong điều kiện nhiệt độ ôn hòa, khoảng từ 20 °C tới 40 °C và trong độ pH trung tính, khoảng 7.

Sơ đồ hoạt động của một MFC truyền thống với vi khuẩn, anode và cathode.

Tuy nhiên lưu ý là năng lượng MFC thiếu sự ổn định cần thiết cho các ứng dụng y tế dài hạn như trong máy điều hòa nhịp tim.Và mới đây, các nhà nghiên cứu của hải quân Mỹ đã thành công trong việc phát triển một loại pin có tính năng tự tái tạo năng lượng khi tiếp xúc với… phân của các loài động vật biển, cụ thể là cá.

Quả là một công nghệ đầy hứa hẹn, nhưng đặc biệt là việc gia tăng thời lượng cho pin, điều này giúp làm tăng khả năng tự chủ của các robot lặn.

Trong rất nhiều năm, hải quân Mỹ đã nghiên cứu mọi cách và nay đã tìm được giải pháp. Loại pin MFC có thể được cung cấp năng lượng trực tiếp từ đáy đại dương. MFC sẽ chuyển hóa lớp chất thải của các sinh vật biển lắng đọng dưới đáy đại dương thành năng lượng cung cấp cho pin.

Trong số lượng vô vàn đủ loại chất thải này thì phân cá là lựa chọn số một vì đây là một nguồn tài nguyên không chỉ phong phú mà còn là không bao giờ cạn kiệt.

2. Các nhà khoa học đã tìm ra cách đun sôi nước bằng âm thanh

Các nhà nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm gia tốc SLAC (Mỹ) đã thành công trong việc làm sôi nước bằng âm thanh.

Các nhà nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm gia tốc SLAC (Mỹ) đã tạo ra âm thanh từ tia X. Thí nghiệm này đạt gần ngưỡng mà âm thanh có thể đun sôi nước thông qua giao động sóng đơn.

Theo đó, các nhà nghiên cứu đã dùng nguồn ánh sáng kết hợp Linac (LCLS) và một tia X cực mạnh để tạo ra âm thanh có thể đun sôi nước ở nhiệt độ 100.000 độ C trong khoảng một phần triệu giây.

Nguồn ánh sáng kết hợp Linac (LCLS) và một tia X cực mạnh có thể tạo ra âm thanh làm bốc hơi nước. (Ảnh: Cnet).

Các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu về cách sóng âm cường độ cao tạo ra những âm thanh cực đại có thể gây ảnh hưởng đến mẫu vật sinh học. Khi tia laser chặn dòng nước, quá trình ion hóa diễn ra cực nhanh. Nước được làm nóng và bay hơi, sau đó tạo ra sóng xung kích hình trụ truyền dọc theo tia laser.

Theo các nhà nghiên cứu, những sóng xung kích này có áp suất cực đại tương ứng với cường độ 270 dB, lớn hơn âm thanh của một chiếc máy bay phản lực lúc cất cánh hay tiếng động khi phóng tên lửa.

Mức âm thanh này không chỉ làm một người bình thường bị thủng màng nhĩ mà những bộ phận khác như tim và phổi cũng sẽ ngưng hoạt động. Thí nghiệm này được công bố trên tạp chí Phys Review Fluids.

Đột phá băng đeo làm mát cơ thể, đánh bại nắng nóng

Băng đeo nhỏ gọn này có công dụng như “máy điều hòa di động”, giúp điều chỉnh nhiệt độ làn da của bạn đạt mức lý tưởng ở mọi lúc mọi nơi, bất chấp cái nắng nóng đổ lửa.

Theo tạp chí Science Advances, một nhóm kỹ sư tại Đại học California San Diego (Mỹ) đã sáng chế ra một thiết bị công nghệ đeo được, làm mát hoặc sưởi ấm nhanh chóng cho người sử dụng. Lấy năng lượng từ pin, băng vải co giãn có gắn bo mạch hợp kim nhiệt điện - vật liệu sử dụng điện để tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ và ngược lại - sẽ điều chỉnh nhiệt độ cơ thể người sử dụng đến mức mong muốn.

Tấm băng đeo tay gắn pin (bên trái) và bảng mạch hợp kim nhiệt điện (giữa) cùng với miếng làm mát/sưởi ấm (bên phải). (Ảnh: UC San Diego).

Bên cạnh đó, thiết kế co giãn và gọn nhẹ của nó còn dễ dàng tích hợp vào quần áo cũng như đem lại cảm giác thoải mái khi đeo. Bạn có thể đeo nó vào những bộ phận có xu hướng tăng nhiệt hoặc mất nhiệt nhanh trên cơ thể, chẳng hạn như lưng, cổ, bàn chân hoặc cánh tay.

Theo các nhà khoa học, băng đeo này có thể làm giảm nhu cầu sử dụng máy sưởi và điều hòa làm mát, đồng nghĩa với việc tiết kiệm điện. Trưởng nhóm nghiên cứu là ông Renkun Chen, Giáo sư ngành Kỹ thuật cơ khí và Vũ trụ tại Trường Kỹ thuật UC San Diego Jacobs.

Ông Chen khẳng định: “Thiết bị này có thể giúp bạn luôn cảm thấy thoải mái cho dù bạn đang di chuyển trên đường trong một ngày nắng nóng hay cảm thấy quá lạnh tại văn phòng của bạn. Bạn sẽ không cần phải hạ máy điều hòa mùa hè hoặc tăng độ máy sưởi vào mùa Đông nữa”.

Ví dụ, để duy trì nhiệt độ của một tòa nhà cao hơn 12 độ C trong mùa hè có thể tiết kiệm chi phí làm mát khoảng 70%.

Sau khi thử nghiệm đeo băng tay cho một nam tình nguyện viên trong môi trường kiểm soát nhiệt độ, các nhà nghiên cứu phát hiện băng đeo làm mát da của người đàn ông đến mức nhiệt được cài đặt là 32 độ C trong vòng 2 phút. Thiết bị này cũng duy trì nhiệt độ da của người đeo ổn định ở mức trên trong khi nhiệt độ môi trường được điều chỉnh thay đổi trong khoảng từ 22 - 36 độ C.

Nhóm nghiên cứu cho biết mục tiêu cuối cùng của họ là hợp nhất nhiều băng vải này lại để tạo ra một thứ vải thông minh điều hòa nhiệt độ cho từng cá nhân. Họ hy vọng sẽ giới thiệu rộng rãi sản phẩm của mình với thị trường trong ít năm tới.

Minh Tường tổng hợp (Theo khoahoc.tv)

Tags