Cùng khám phá thế hệ tơ nhện nhân tạo mới: bền hơn thép, và 98% làm từ ...nước

Cùng khám phá thế hệ tơ nhện nhân tạo mới: bền hơn thép, và 98% làm từ ...nước
Theo: FRTK Theo Trí Thức Trẻ
Thể loại: Khoa Học Công Nghệ
Các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Cambridge đã phát triển một kĩ thuật mới giúp tạo ra sợi chỉ mạnh mẽ, đàn hồi theo một cách không thể thân thiện với môi trường hơn.

Tơ nhện mạnh mẽ hơn thép và cứng hơn cả Kevlar, nhưng chế tạo thành công trên quy mô lớn nó trong phòng thí nghiệm vẫn đang là nỗi ám ảnh với các nhà khoa học trong hàng thập kỉ nay.

Tơ nhện mạnh mẽ hơn thép và cứng hơn cả Kevlar, nhưng chế tạo thành công trên quy mô lớn nó trong phòng thí nghiệm vẫn đang là nỗi ám ảnh với các nhà khoa học trong hàng thập kỉ nay.

Dĩ nhiên bộ tơ của một chú nhện vốn dĩ đã sở hữu những đặc tính hết sức ấn tượng. Nó là một trong số các vật liệu bền bỉ nhất được tìm thấy trong tự nhiên, mạnh mẽ hơn sắt thép và cứng hơn cả Kevlar (một loại sợi tổng hợp dùng làm áo chống đạn). Nó có thể được kéo dãn ra nhiều lần so với độ dài thực của mình cho đến khi bị đứt. Vì những lý do này, việc tái tạo tơ nhện trong phòng thí nghiệm có lẽ đã trở thành nỗi ám ảnh của các nhà khoa học vật liệu hàng thế kỉ qua.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Cambridge đã sáng tạo nên một loại vật liệu mới có thể bắt chước sức mạnh, tính co giãn và khả năng hấp thụ năng lượng của tơ nhện. Loại vật liệu này cung cấp một tiềm năng lớn trong việc cải thiện chất lượng các sản phẩm từ mũ bảo hiểm xe đạp, dù lượn, áo chống đạn. Và có lẽ điểm độc đáo nhất của nó là gì ư? 98% làm từ nước.

"Nhện là hình mẫu lý tưởng vì chúng có khả năng chế tạo ra những sợi tơ tuyệt hảo ở nhiệt độ phòng, sử dụng nước như là một dung môi hòa tan," theo Darchil Shah, kĩ sư thuộc Trung tâm Cách Tân Vật liệu Tự Nhiên Cambridge. "Đây là quy trình mà loài nhện đã sở hữu được sau hàng trăm triệu năm tiến hóa, nhưng chúng tôi vẫn chưa thể sao chép lại được."

Những sợi tơ được làm trong phòng thí nghiệm này được tạo nên từ một loại vật liệu gọi là hydrogel, với 98% là nước và 2% còn lại là là silica và cellulose, hai thành phần sau được gắn kết với nhau bởi cucurbiturils, các hạt phân tử có nhiệm vụ giống như "còng tay" vậy. Các sợi silica và cellulose này có thể được kéo bởi hydrogel. Sau tầm 30 giây hay quãng thời gian tương tự, nước sẽ bay hơi, chỉ để lại đằng sau các sợi tơ mảnh co dãn đàn hồi: tơ nhân tạo.

Các sợi này vô cùng mạnh mẽ - mặc dù không mạnh bằng các loại tơ nhện tốt nhất - và một cách nổi bật, chúng có thể được làm ra ở nhiệt độ phòng mà không cần đến dung môi hóa học. Điều này có nghĩa là, nếu chúng được sản xuất hàng loạt, chúng sẽ có lợi thế so với sợi tổng hợp như nylon, vốn cần đến nhiệt độ cực cao để xe tơ, biến việc sản xuất dệt may trở thành một trong những ngành công nghiệp hủy hoại môi trường bậc nhất thế giới. Tơ nhện nhân tạo ngoài ra còn hoàn toàn phân hủy sinh học được. Và do bởi chúng được làm từ các chất liệu cực kì phổ thông và dễ kiếm - chủ yếu là nước, silica và cellulose - nó có tiềm năng cực kì rẻ.

Ngoài ra, vì vật liệu này có thể hấp thụ rất nhiều năng lượng, nó có thể được dùng như là một lớp vải bảo vệ.

"Những con nhện rất cần khả năng hấp thụ do bởi khi có một con chim hay ruồi vướng vào màng nhện, nó cần phải có khả năng hấp thụ, nếu không sẽ đứt," Shah nói. " Vậy nên những thứ như áo chống đạn hay các loại áo bảo vệ quân dụng khác có thể ứng dụng công nghệ mới này một cách đầy hy vọng."

Các ứng dụng tiềm năng khác bao gồm quần áo thủy thủ, vải dù lượn, chất liệu khinh khí cầu, hay mũ bảo hiểm cho vận động viên xe đạp hay trượt ván. Vật liệu này có thể phân hủy sinh học, nghĩa là nó có khả năng được sử dụng bên trong cơ thể con người như chỉ khâu y học.

Các sợi tơ này có thể được điều chỉnh theo một số cách thú vị, Shah nói. Thay thế cellulose với nhiều loại polymer khác nhau có thể biến tơ này thành một thứ nguyên liệu hoàn toàn khác. Các nguyên tắc cơ bản có thể được tái tạo nhằm sản xuất các phiên bản thớ vải khác nhau - không cần dung môi hóa học đồng thời nhiệt độ thấp.

"Đây là một phương pháp phổ biến để tạo ra các sợi, biến bất cứ dạng sợi [nhân tạo] nào đều có màu xanh," Shah nói.

Shah và nhóm của mình dĩ nhiên không chỉ là các nhà khoa học duy nhất đang làm việc để tạo ra tơ nhện nhân tạo. Không giống như con tằm, vốn có thể được chăn nuôi để lấy tơ, nhện là loài ăn thịt đồng loại và cũng không thể chịu đựng việc bị bó hẹp trong không gian nhỏ bé cần cho việc chăn nuôi, vậy nên đưa về phòng thí nghiệm có lẽ là cách duy nhất để có được một số lượng đáng kể vật liệu này.

Có thể nói cứ vài năm, chúng ta lại có một tin tức đáng chú ý về một đột phá mới trong quá trình nghiên cứu này. Một nhóm người Đức đã sửa đổi khuẩn E-coli để sản xuất ra các phân tử tơ nhện. Các nhà khoa học ở Đại Học Bang Utah đã gây giống loài "dê nhện" biến đổi di truyền nhằm sản xuất các protein tơ trong sữa của nó. Quân đội Hoa Kỳ đang thử nghiệm "tơ rồng" được sản xuất thông qua con tằm biến đổi gene, nhằm sử dụng trong các áo chống đạn. Vào đầu năm nay, các nhà nghiên cứu ở viện Karolinska ở Thụy Điển đã công bố một bài nghiên cứu về phương pháp mới, trong đó sử dụng vi khuẩn nhằm sản xuất các protein tơ nhện theo một cách bền vững và hiệu năng nhất. Và vào mùa xuân này, startup có trụ sở ở California Bolt Threads đã giới thiệu ra công chúng lần đầu một chiếc ca-vát tơ nhện thiết kế sinh học ở triển lãm SXSW. Sản phẩm của họ được làm thông qua một quy trình lên men nhằm sản xuất ra các protein tơ, thứ mà sau đó đã đi qua một quy trình ép để biến thành sợi.

Tuy nhiên, như bài báo của Wired vào năm 2015 đã chỉ ra, "nói chung ở thời điểm hiện tại, tất cả những nỗ lực nhằm sản xuất đại trà sản phẩm tơ nhện này để đưa vào thị trường với số lượng lớn, của cả các nhà khoa học cũng như các tập đoàn lớn, nói chung là đều đã thất bại."

Đây cũng là thử thách mà Shah và nhóm của anh đang đối mặt hiện nay.

"Hiện nay chúng tôi làm khoảng một vài chục miligam thứ nguyên liệu này và sau đó kéo sợi từ chúng," anh nói. "Nhưng chúng tôi đang muốn thử làm quy trình này ở một quy mô lớn hơn. "

Để làm được điều đó, nhóm đang làm việc với một thiết bị robot nhằm kéo và quay sợi nhanh hơn và ở quy mô lớn hơn trước đây. Họ đã đạt được một số thành công, Shah nói, và đang tiếp tục khám phá quá trình này.

"Chúng tôi vẫn đang ở trong giai đoạn đầu của công cuộc nghiên cứu," anh nói.

Tơ nhện nhân tạo

Tham khảo: Smithsonian

Quá trình huấn luyện chiến binh Sparta khắc nghiệt: xa cha mẹ từ khi 7 tuổi, chịu đói rét thường xuyên, 30 tuổi mới được lấy vợ

tinybook tinybook 2 tuần 1 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Quá trình huấn luyện chiến binh Sparta khắc nghiệt: xa cha mẹ từ khi 7 tuổi, chịu đói rét thường xuyên, 30 tuổi mới được lấy vợ
Để có thể trở thành những chiến binh dũng mãnh, những hình tượng thuộc về huyền thoại, họ phải trải qua một quá trình huấn luyện gian nan.

Bạn cứ việc nằm nhà, "Uber người" sẽ làm mọi công việc thay bạn

tinybook tinybook 2 tuần 2 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Bạn cứ việc nằm nhà, "Uber người" sẽ làm mọi công việc thay bạn
Đưa "sống ảo" lên một tầm cao mới.

Công ty New Zealand phóng một quả cầu disco lên quỹ đạo, nhận về vô số "gạch đá" từ các giáo sư và các nhà thiên văn học

tinybook tinybook 2 tuần 2 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Công ty New Zealand phóng một quả cầu disco lên quỹ đạo, nhận về vô số "gạch đá" từ các giáo sư và các nhà thiên văn học
Người ta nên cập nhật luật lệ vũ trụ, xem được mang những thứ gì lên quỹ đạo của Trái Đất - mái nhà chung của toàn nhân loại.

Khoa học đã chứng minh: Tâm lý càng yếu, bạn càng dễ bị chó cắn

tinybook tinybook 2 tuần 2 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Khoa học đã chứng minh: Tâm lý càng yếu, bạn càng dễ bị chó cắn
Nếu thường xuyên lo lắng sợ hãi, bạn rất có khả năng trở thành ứng cử viên hàng đầu cho 1 cú ngoạm bất thình lình.

Nhện thường đã đáng sợ, nhưng loài "nhện" cổ đại này sẽ khiến nhiều người phải chết khiếp

tinybook tinybook 2 tuần 2 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Nhện thường đã đáng sợ, nhưng loài "nhện" cổ đại này sẽ khiến nhiều người phải chết khiếp
Những hoá thạch 100 triệu năm tuổi này trông rất giống nhện, nhưng lại có thêm vài cái đuôi gớm ghiếc nữa.

5 bí mật trong căn nhà Nhật Bản khiến bạn một khi đã bước vào sẽ chẳng muốn ra nữa

tinybook tinybook 2 tuần 2 ngày
Khoa Học Công Nghệ
5 bí mật trong căn nhà Nhật Bản khiến bạn một khi đã bước vào sẽ chẳng muốn ra nữa
Nhà truyền thống Nhật Bản có vẻ kỳ quặc đối với người phương Tây do thiết kế vô cùng tối giản của họ. Không có đồ vật gì là thừa thãi cả, mỗi đồ đạc có vai trò riêng và tất cả đều không thể thiếu trong căn nhà.

Nhờ vật lý, ta đã biết cách người Ai Cập cổ đại xây kim tự tháp Giza - kỳ quan thế giới như thế nào

tinybook tinybook 2 tuần 3 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Nhờ vật lý, ta đã biết cách người Ai Cập cổ đại xây kim tự tháp Giza - kỳ quan thế giới như thế nào
Lịch sử không ghi nhận lại quá nhiều điều về triều đại của Pharaoh Khufu, ngoại trừ một thứ duy nhất: Kim tự tháp Ai Cập đồ sộ nhất, và là kỳ quan duy nhất trong số bảy kỳ quan của thế giới còn tồn tại cho đến ngày nay.

Cùng xem các thợ rèn này hiện thực hóa chiếc xẻng "thần thánh" trong Shovel Knight thành vũ khí chết người

tinybook tinybook 2 tuần 3 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Cùng xem các thợ rèn này hiện thực hóa chiếc xẻng "thần thánh" trong Shovel Knight thành vũ khí chết người
Mặc dù giá trị sử dụng trong những trận chiến thực tế không cao, nhưng xem cách họ biểu diễn độ nguy hiểm của chiếc xẻng này thì cũng thuộc dạng “chém sắt như bùn” phết đấy!

Vân não thay cho vân tay: sóng não có tiềm năng trở thành phương thức bảo mật mới cho thiết bị tương lai

tinybook tinybook 2 tuần 3 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Vân não thay cho vân tay: sóng não có tiềm năng trở thành phương thức bảo mật mới cho thiết bị tương lai
Hãy cùng chờ xem, sau 5 năm nữa, liệu “con dấu não bộ” này có được ứng dụng trên chiếc iPhone đời mới nhất hay không.

Có thể bạn chưa biết: lực đạp của bào thai lên bụng mẹ là bao nhiêu?

tinybook tinybook 2 tuần 3 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Có thể bạn chưa biết: lực đạp của bào thai lên bụng mẹ là bao nhiêu?
Đó là những pha Nộ long cước không hề nhẹ ký chút nào

Câu trả lời cho việc lò vi sóng làm mất giá trị dinh dưỡng trong thực phẩm

tinybook tinybook 2 tuần 3 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Câu trả lời cho việc lò vi sóng làm mất giá trị dinh dưỡng trong thực phẩm
Tiện lợi sẽ đi kèm với bất cập, nhưng đây có phải là lời buộc tội vô căn cứ?

Đất liền có xe điện Tesla thì dưới nước nay có xà lan chạy điện Tesla of the Canals

tinybook tinybook 2 tuần 4 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Đất liền có xe điện Tesla thì dưới nước nay có xà lan chạy điện Tesla of the Canals
Dự kiến, chiếc xà lan chạy điện đầu tiên trên thế giới sẽ được hạ thủy bắt đầu từ mùa hè năm nay nhằm thay thế cho khoảng 23 ngàn chiếc xe tải chở hàng tại Hà Lan.

Nhà phát triển game Angry Birds muốn xây một đường hầm ngầm dưới biển trị giá 15 tỷ USD, nối liền Phần Lan và Estonia

tinybook tinybook 2 tuần 4 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Nhà phát triển game Angry Birds muốn xây một đường hầm ngầm dưới biển trị giá 15 tỷ USD, nối liền Phần Lan và Estonia
"Tôi chưa xây hầm bao giờ".

Bananacoin - Đồng tiền chuối, có trị giá bằng 1 cân chuối

tinybook tinybook 2 tuần 4 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Bananacoin - Đồng tiền chuối, có trị giá bằng 1 cân chuối
Trong thị trường tiền mã hóa biến động, giá của 1 kg chuối có lẽ sẽ là ổn định nhất.

Đây là cách "hack não" để bạn không bao giờ bị "não cá vàng" nữa

tinybook tinybook 2 tuần 4 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Đây là cách "hack não" để bạn không bao giờ bị "não cá vàng" nữa
Đừng nhồi nhét, hãy tạo khoảng nghỉ cho chính mình.

Cape Town, Nam Phi đang dần cạn kiện nước, doanh nhân bán hàng online chớp thời cơ để kiếm lời

tinybook tinybook 2 tuần 4 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Cape Town, Nam Phi đang dần cạn kiện nước, doanh nhân bán hàng online chớp thời cơ để kiếm lời
Giờ khủng hoảng nước đang tới gần, thành phố Nam Phi này cần sự giúp đỡ từ những nơi lân cận cũng như những tổ chức lớn.

Các quốc gia châu Á phát triển bùng nổ, đẩy Mỹ ra khỏi danh sách top 10 quốc gia sáng tạo nhất thế giới

tinybook tinybook 2 tuần 4 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Các quốc gia châu Á phát triển bùng nổ, đẩy Mỹ ra khỏi danh sách top 10 quốc gia sáng tạo nhất thế giới
Sự suy giảm về chất lượng giáo dục bậc cao và giá trị gia tăng khiến nước Mỹ lần đầu tiên trượt khỏi top 10 quốc gia sáng tạo nhất thế giới. Trong khi đó, các quốc gia Châu Á tiếp tục chứng tỏ năng lực sáng tạo không hề thua kém các quốc gia phương Tây.

Axit mạnh nhất thế giới: Gấp 10 triệu tỷ lần axit sulfuric đậm đặc 100%

tinybook tinybook 2 tuần 4 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Axit mạnh nhất thế giới: Gấp 10 triệu tỷ lần axit sulfuric đậm đặc 100%
Ăn mòn kim loại, có tính axit mạnh trong các loại axit, vậy làm sao người ta có thể cất giữ loại hợp chất này an toàn?

Câu chuyện về công ty ít tiếng tăm của Trung Quốc với tham vọng đuổi kịp Google và Microsoft về nhận diện giọng nói

tinybook tinybook 2 tuần 6 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Câu chuyện về công ty ít tiếng tăm của Trung Quốc với tham vọng đuổi kịp Google và Microsoft về nhận diện giọng nói
Trong khi đang là người dẫn đầu Trung Quốc về nhận diện giọng nói, iFlytek vẫn còn khá vô danh ở thị trường nước ngoài, và họ hy vọng thay đổi điều đó trong tương lai.

Nhà thiên văn học nghiệp dư tìm thấy vệ tinh của NASA được cho là "đã chết" 12 năm trước, nhiều chuyên gia từng bỏ cuộc

tinybook tinybook 2 tuần 6 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Nhà thiên văn học nghiệp dư tìm thấy vệ tinh của NASA được cho là "đã chết" 12 năm trước, nhiều chuyên gia từng bỏ cuộc
Trong khoảng thời gian dài ấy, vệ tinh IMAGE đã nhìn thấy những gì? Không nghi ngờ gì, những dữ liệu ấy sẽ là nguồn tư liệu quý giá.

Không phải boxing hay võ thuật, môn thể thao này vẫn cho phép VĐV đánh nhau ngay trên sân

tinybook tinybook 2 tuần 6 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Không phải boxing hay võ thuật, môn thể thao này vẫn cho phép VĐV đánh nhau ngay trên sân
Cuộc chiến giữa hai hay nhiều cầu thủ chỉ kết thúc khi có một người ngã ra sân băng, lúc đó trọng tài mới có trách nhiệm giải tán cuộc ẩu đả.

Lego kỷ niệm 60 năm thành lập với mô hình mảnh lắp ghép khổng lồ

tinybook tinybook 3 tuần 12 giờ
Khoa Học Công Nghệ
Lego kỷ niệm 60 năm thành lập với mô hình mảnh lắp ghép khổng lồ
Các "Bậc thầy xây lắp" đã mất tới hơn 350 giờ đồng hồ để hoàn thành mô hình cực lớn này.

Hãy nghe Wikie, cô cá voi sát thủ biết nói tiếng người, phát âm "hello", "bye bye" và đếm số

tinybook tinybook 3 tuần 14 giờ
Khoa Học Công Nghệ
Hãy nghe Wikie, cô cá voi sát thủ biết nói tiếng người, phát âm "hello", "bye bye" và đếm số
Tuy nhiên, ta chưa có bằng chứng cho thấy rằng cô cá voi sát thủ này hiểu những gì mình phát âm ra.

Xem lại những hình ảnh của hiện tượng “siêu trăng xanh máu” trên toàn thế giới vừa diễn ra tối qua

tinybook tinybook 3 tuần 1 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Xem lại những hình ảnh của hiện tượng “siêu trăng xanh máu” trên toàn thế giới vừa diễn ra tối qua
Đây là hiện tượng Nguyệt thực (trăng máu), siêu trăng (super moon) và trăng xanh (blue moon) cùng lúc hội tụ. Lần đầu tiên sau 150 năm.

Thú vị chưa, đây là đèn giao thông tại Ukraine

tinybook tinybook 3 tuần 1 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Thú vị chưa, đây là đèn giao thông tại Ukraine
Đếm ngược về đèn xanh/đèn đỏ là công nghệ xưa rồi!

Tại sao một số môn võ yêu cầu người tập hét lên khi ra đòn?

tinybook tinybook 3 tuần 2 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Tại sao một số môn võ yêu cầu người tập hét lên khi ra đòn?
Tiếng hét trong võ thuật chủ yếu gồm 1 hoặc 2 âm tiết. Âm thanh phải bắt nguồn từ cơ hoành thay vì cổ họng vì nó được cho là giúp ngăn ngừa tổn thương nội tạng nhờ siết chặt các phần cơ cốt lõi (core). Kỹ thuật này còn được coi là cách tăng thêm tốc độ và sức mạnh trong di chuyển hoặc tấn công.

Chiêm ngưỡng loạt ảnh mô phỏng cuộc sống ở những thành phố nổi trên mặt nước trong tương lai

tinybook tinybook 3 tuần 2 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Chiêm ngưỡng loạt ảnh mô phỏng cuộc sống ở những thành phố nổi trên mặt nước trong tương lai
Trong tương lai, những thành phố nổi như dự án của tỷ phú Peter Thiel sẽ là nơi sinh sống của nhiều cư dân Trái Đất. Những thành phố này sẽ giúp con người chống chọi và thích nghi được với tình trạng nước biển dâng và môi trường khắc nghiệt.

Các nhà khoa học đã tìm ra phương pháp có thể ngăn chặn dị ứng không xảy ra nữa

tinybook tinybook 3 tuần 2 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Các nhà khoa học đã tìm ra phương pháp có thể ngăn chặn dị ứng không xảy ra nữa
Đây có lẽ sẽ là tin vui với rất nhiều người, đặc biệt là những người bị dị ứng nặng với phấn hoa hay lông thú vật.

Hiện tượng hiếm: Nguyệt thực kèm siêu trăng vừa tròn vừa xanh, có thể nhìn thấy từ Việt Nam chiều ngày 31 tháng Một năm 2018

tinybook tinybook 3 tuần 2 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Hiện tượng hiếm: Nguyệt thực kèm siêu trăng vừa tròn vừa xanh, có thể nhìn thấy từ Việt Nam chiều ngày 31 tháng Một năm 2018
Cơ hội để chứng kiến điều kỳ diệu ngay trên bầu trời Việt Nam.

Hiện tượng kỳ thú: trăng xanh, nguyệt thực và trăng đỏ cùng diễn ra vào ngày 31/1, ở Việt Nam xem từ 18h48

tinybook tinybook 3 tuần 2 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Hiện tượng kỳ thú: trăng xanh, nguyệt thực và trăng đỏ cùng diễn ra vào ngày 31/1, ở Việt Nam xem từ 18h48
Những người yêu thiên văn trên thế giới và tại Việt Nam sẽ có cơ hội chiêm ngưỡng cùng lúc ba hiện tượng đặc biệt hiếm có xảy ra cùng lúc vào ngày 31/1 tới đây. Đó là siêu trăng, trăng xanh và trăng máu.
tinybook Công Nghệ Thông Tin



Chat