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

Tự nhận mình "ít hiểu biết về khoa học", nhưng cụ Stan Lee đã tạo ra vũ trụ Marvel bằng cảm hứng khoa học

tinybook tinybook 18 giờ 8 phút
Tự nhận mình "ít hiểu biết về khoa học", nhưng cụ Stan Lee đã tạo ra vũ trụ Marvel bằng cảm hứng khoa học
Khoa học phát triển nhờ trí tò mò. Cụ Stan Lee là người khuyên chúng ta hãy tò mò khám phá, để trí tưởng tượng bay xa. Có thể nói khoa học đã mất đi một người truyền cảm hứng vĩ đại.

Từ "Excelsior" mà cả Internet đang dùng để tưởng nhớ cụ Stan Lee có nghĩa là gì?

tinybook tinybook 18 giờ 10 phút
Từ "Excelsior" mà cả Internet đang dùng để tưởng nhớ cụ Stan Lee có nghĩa là gì?
Đó là từ cửa miệng, là châm ngôn sống của Stan Lee. Có thể dùng để mô tả chính con người huyền thoại vĩ đại của truyện tranh.

10 sự thật tuyệt vời về cuộc đời cụ Stan Lee

tinybook tinybook 20 giờ 2 phút
10 sự thật tuyệt vời về cuộc đời cụ Stan Lee
Stanley Martin Lieber - Nhà đồng sáng lập Marvel, người chắp bút tạo nên không ít nhân vật siêu anh hùng, đã từ trần ở tuổi 95.

Phát hiện "nhà tù" giam giữ hơn 100 con cá voi tại Nga, chuẩn bị bán sang Trung Quốc

tinybook tinybook 20 giờ 22 phút
Phát hiện "nhà tù" giam giữ hơn 100 con cá voi tại Nga, chuẩn bị bán sang Trung Quốc
Các nhà điều tra Nga đang tìm hiểu sự việc, trong lúc đó lại phát hiện ra thêm một vụ việc buôn cá voi trái phép khác.

Chiếc sedan điện Tesla Model 3 lập kỉ lục mới, lọt top 10 chiếc siêu xe thể thao nhanh nhất

tinybook tinybook 21 giờ 38 phút
Chiếc sedan điện Tesla Model 3 lập kỉ lục mới, lọt top 10 chiếc siêu xe thể thao nhanh nhất
Cập nhật phần mềm mới đã cho phép chiếc Tesla Model 3 phiên bản Performance vươn lên top đầu.

Trung Quốc: Teen 13 tuổi lập kỷ lục thế giới Guinness khi giải rubik bằng cả tay và chân cùng lúc nhanh nhất

tinybook tinybook 22 giờ 32 phút
Trung Quốc: Teen 13 tuổi lập kỷ lục thế giới Guinness khi giải rubik bằng cả tay và chân cùng lúc nhanh nhất
Một cậu bé 13 tuổi tại Trung Quốc đã khiến cả thế giới phải kinh ngạc khi giải thành công 3 khối rubik bằng tay và chân cùng lúc, qua đó chính thức thiết lập kỷ lục thế giới mới.

Kỳ lạ: Phát hiện nhiều xác ướp của bọ hung và mèo tại một ngôi mộ Ai Cập cổ đã 4.500 năm tuổi

tinybook tinybook 1 ngày 9 giờ
Kỳ lạ: Phát hiện nhiều xác ướp của bọ hung và mèo tại một ngôi mộ Ai Cập cổ đã 4.500 năm tuổi
Không chỉ có các vị vua chúa mà người Ai Cập cổ thời xưa còn ướp xác cả bọ hùng và mèo, cho thấy các loài vật này đã từng được tôn sùng đến nhường nào.

[Vietsub] Dây cáp điện công nghiệp đặc chủng được sản xuất như thế nào?

tinybook tinybook 1 ngày 10 giờ
[Vietsub] Dây cáp điện công nghiệp đặc chủng được sản xuất như thế nào?
Dây và cáp điện đặc chủng phải được thiết kế tùy chỉnh và chế tạo một cách chuyên nghiệp để có thể chịu được điều kiện làm việc ở nhiều môi trường khác nhau.

Người đời từng cười tính năng phòng vệ vũ khí hóa học của xe Tesla là vớ vẩn, nhưng thực tế chứng minh họ sai lầm

tinybook tinybook 1 ngày 18 giờ
Người đời từng cười tính năng phòng vệ vũ khí hóa học của xe Tesla là vớ vẩn, nhưng thực tế chứng minh họ sai lầm
Người ta hoài nghi rằng Elon Musk chỉ bịa ra cơ chế trên cho vui. Thực tế chứng minh điều ngược lại.

Những sự thật chứng minh con người là giống loài thượng đẳng

tinybook tinybook 2 ngày 10 giờ
Những sự thật chứng minh con người là giống loài thượng đẳng
Thật vui vì mình thuộc giống loài thống trị vạn vật (tính tới thời điểm hiện tại).

[Vietsub] Cựu giám đốc CIA tiết lộ bí mật của nghệ thuật cải trang, chỉ những người trong ngành mới biết

tinybook tinybook 2 ngày 11 giờ
[Vietsub] Cựu giám đốc CIA tiết lộ bí mật của nghệ thuật cải trang, chỉ những người trong ngành mới biết
Bạn muốn biến mất? Hãy hỏi chuyên gia từ CIA.

Hàn Quốc ngừng một số hoạt động hàng không, quân sự để học sinh tập trung thi Đại học

tinybook tinybook 15 giờ 15 phút
Hàn Quốc ngừng một số hoạt động hàng không, quân sự để học sinh tập trung thi Đại học
Ngày 15/11 tới đây, cả Hàn Quốc sẽ rơi vào "trạng thái im lặng" trong khoảng 40 phút để học sinh tập trung toàn lực làm bài thi nghe môn ngoại ngữ.

Mối tình kỳ diệu nhất Hollywood của Stan Lee: Yêu từ khi chưa gặp mặt, mất 2 tuần để "đập chậu cướp hoa" rồi bên nhau 70 năm không rời

tinybook tinybook 15 giờ 42 phút
Mối tình kỳ diệu nhất Hollywood của Stan Lee: Yêu từ khi chưa gặp mặt, mất 2 tuần để "đập chậu cướp hoa" rồi bên nhau 70 năm không rời
Trong thế giới Hollywood đầy rẫy sự cám dỗ thì cuộc hôn nhân hạnh phúc kéo dài cả 7 thập kỷ của Stan Lee và vợ, Joan Boocock Lee, quả thật là một điều đáng ngưỡng mộ mà không phải ai cũng có được.

Nhật Bản: Hành khách đòi ghế cạnh cửa sổ, tiếp viên hàng không liền vẽ cho một cái

tinybook tinybook 17 giờ 48 phút
Nhật Bản: Hành khách đòi ghế cạnh cửa sổ, tiếp viên hàng không liền vẽ cho một cái
Đôi khi, hạnh phúc đến từ việc tiết chế mong muốn của bản thân. Cái cửa sổ giấy này là ví dụ.

Sau tai nạn của hãng Lion Air, Boeing cảnh báo lỗi nghiêm trọng có thể khiến máy bay 737 Max "bổ nhào xuống đột ngột"

tinybook tinybook 18 giờ 39 phút
Sau tai nạn của hãng Lion Air, Boeing cảnh báo lỗi nghiêm trọng có thể khiến máy bay 737 Max "bổ nhào xuống đột ngột"
Theo trang tin Bloomberg, Boeing có thể sẽ sớm đưa ra một thông báo về lỗi kỹ thuật trong hệ thống trên Boeing 737 Max có thể khiến máy bay mất độ cao, gây ra tai nạn nghiêm trọng.

Video gây sốc trên Weibo: Đang đi dạo trên vỉa hè, cô gái bất ngờ bị sụt xuống hố tử thần

tinybook tinybook 19 giờ 14 phút
Video gây sốc trên Weibo: Đang đi dạo trên vỉa hè, cô gái bất ngờ bị sụt xuống hố tử thần
Vì sao lúc ấy hố tử thần lại xuất hiện trên vỉa hè? Vì sao lại là người phụ nữ đó chứ không phải ai khác? Vấn đề này khoa học vẫn chưa lý giải được.

Những cột mốc đáng nhớ trong sự nghiệp của Stan Lee - người tạo ra những siêu anh hùng

tinybook tinybook 21 giờ 50 giây
Những cột mốc đáng nhớ trong sự nghiệp của Stan Lee - người tạo ra những siêu anh hùng
Sự ra đi của Stan Lee - "cha đẻ" của các siêu anh hùng Marvel ở tuổi 95 đã để lại sự tiếc thương và mất mát lớn cho cộng đồng người hâm mộ.

The Detective Pikachu tung trailer đầu tiên: Pikachu được lồng tiếng bằng chất giọng "bựa" của Ryan Raynolds

tinybook tinybook 21 giờ 12 phút
The Detective Pikachu tung trailer đầu tiên: Pikachu được lồng tiếng bằng chất giọng "bựa" của Ryan Raynolds
Dự kiến, The Detective Pikachu sẽ ra rạp vào mùa hè năm sau.

"Cha đẻ" Marvel, cụ Stan Lee qua đời ở tuổi 95

tinybook tinybook 23 giờ 11 phút
"Cha đẻ" Marvel, cụ Stan Lee qua đời ở tuổi 95
Vậy là từ bây giờ, chúng ta sẽ không còn được thấy Stan Lee đóng các vai cameo trong các bộ phim tiếp theo của Marvel nữa.

Choáng váng với khả năng giao tiếp bằng 11 thứ tiếng của cậu bé bán hàng rong ở Campuchia

tinybook tinybook 1 ngày 8 giờ
Choáng váng với khả năng giao tiếp bằng 11 thứ tiếng của cậu bé bán hàng rong ở Campuchia
Anh chàng tí hon chia sẻ, chính việc giao tiếp với khách du lịch đã đem đến khả năng ngoại ngữ đáng nể của cậu.

"Học sinh ngủ trong lớp đâu phải vì lười, giáo dục nên coi giấc ngủ như một phần trọng tâm"

tinybook tinybook 1 ngày 9 giờ
"Học sinh ngủ trong lớp đâu phải vì lười, giáo dục nên coi giấc ngủ như một phần trọng tâm"
Học sinh trung học nên được cho vào lớp muộn hơn để phù hợp với nhịp sinh học của thanh thiếu niên.

Trầm trồ với màn ảo thuật đoạt chức vô địch Đại hội Ảo thuật Thế Giới: Anh ấy đã làm thế nào vậy?

tinybook tinybook 1 ngày 13 giờ
Trầm trồ với màn ảo thuật đoạt chức vô địch Đại hội Ảo thuật Thế Giới: Anh ấy đã làm thế nào vậy?
Màn diễn của nhà vô địch đến từ Đài Loan, Eric Chien chắc chắn sẽ khiến bạn phải dụi mắt và muốn xem đi xem lại nhiều lần.

Ô 11 triệu, kẹp giấy 35 triệu và loạt đồ gia dụng hàng hiệu "đắt như điên" khiến ai cũng hoa mắt

tinybook tinybook 1 ngày 14 giờ
Ô 11 triệu, kẹp giấy 35 triệu và loạt đồ gia dụng hàng hiệu "đắt như điên" khiến ai cũng hoa mắt
Những món đồ tưởng như rất bình thường, nhưng khi khoác lên mình thương hiệu xa xỉ thì lại có giá trên trời.

Chàng trai người Nhật kết hôn với ca sĩ ảo Hatsune Miku vì không tin vào phụ nữ

tinybook tinybook 1 ngày 16 giờ
Chàng trai người Nhật kết hôn với ca sĩ ảo Hatsune Miku vì không tin vào phụ nữ
Đám cưới được tổ chức trọng thể với sự tham gia của 39 khách mời và được chia sẻ rộng rãi trên Twitter.

Làm sao để được vinh danh trên Đại lộ Danh vọng Hollywood? không phải cứ nổi tiếng là được "in sao"!

tinybook tinybook 1 ngày 16 giờ
Làm sao để được vinh danh trên Đại lộ Danh vọng Hollywood? không phải cứ nổi tiếng là được "in sao"!
Không phải ai nổi tiếng cũng được vinh danh trên Đại lộ Danh vọng - con đường nổi tiếng bậc nhất của Hollywood đâu.

"Từ bỏ đồ ăn nhanh để trị bệnh viêm tuyến giáp, điều tôi không thể ngờ tới lại xảy ra"

tinybook tinybook 1 ngày 16 giờ
"Từ bỏ đồ ăn nhanh để trị bệnh viêm tuyến giáp, điều tôi không thể ngờ tới lại xảy ra"
Cảm giác mệt mỏi và những cơn đau bụng bắt đầu xuất hiện trở lại, tới mức ám ảnh tôi.

Khám phá công việc đầy thử thách của một nghệ sĩ tạo hình nhân vật trong phim Hollywood

tinybook tinybook 1 ngày 17 giờ
Khám phá công việc đầy thử thách của một nghệ sĩ tạo hình nhân vật trong phim Hollywood
Thú vị nhưng đòi hỏi rất nhiều chất xám cũng như sức lực.

Trường tiểu học Nhật Bản mượn ước mơ của học sinh để phân loại đũa bẩn như thế nào?

tinybook tinybook 1 ngày 19 giờ
Trường tiểu học Nhật Bản mượn ước mơ của học sinh để phân loại đũa bẩn như thế nào?
Không ngờ việc vứt đũa ăn hay xiên que cũng có thể đem lại niềm vui cho cả người lớn lẫn trẻ nhỏ.

Shawshank Redemption được bình chọn là bộ phim xuất sắc nhất trong 30 năm trở lại đây

tinybook tinybook 1 ngày 20 giờ
Shawshank Redemption được bình chọn là bộ phim xuất sắc nhất trong 30 năm trở lại đây
Khi những con người vốn đã tuyệt vọng bị giam giữ ở một nơi cũng tuyệt vọng quá lâu, người ta khó có thể nghĩ đến cuộc sống tốt đẹp bên ngoài song sắt. Tuy nhiên, một số người dám đứng lên đấu tranh với số phận - và đó là câu chuyện của Shawshank Redemption.

Giả thuyết "Avengers 4": Lẽ nào Nick Fury đã biết về tương lai "ăn hành" của Avengers?

tinybook tinybook 1 ngày 20 giờ
Giả thuyết "Avengers 4": Lẽ nào Nick Fury đã biết về tương lai "ăn hành" của Avengers?
Một số fan tin rằng Nick Fury có lẽ đã biết được điều gì đó ngay từ thập niên 90 khi gặp gỡ Captain Marvel.
tinybook Công Nghệ Thông Tin








Chat