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

Xem siêu máy bay chữa cháy Global Super Tanker mang trong mình hơn 75 ngàn mét khối chất dập lửa

tinybook tinybook 5 ngày 8 giờ
Khoa Học Công Nghệ
Xem siêu máy bay chữa cháy Global Super Tanker mang trong mình hơn 75 ngàn mét khối chất dập lửa
Global Super Tanker là cỗ máy chữa cháy khổng lồ trên không. Nó có khả năng mang tối đa tới hơn 75 ngàn m3 chất làm chậm cháy, hỗ trợ chống đám cháy lan rộng.

Những hình ảnh ấn tượng về người lính cứu hỏa đang đương đầu với đám cháy dữ dội

tinybook tinybook 5 ngày 9 giờ
Khoa Học Công Nghệ
Những hình ảnh ấn tượng về người lính cứu hỏa đang đương đầu với đám cháy dữ dội
Nghề lính cứu hỏa, có thể nói là nghề của những con người hết sức, hết sức dũng cảm, và điều đó càng thể hiện rõ hơn khi chứng kiến những người anh hùng này đối đầu với đám cháy vô cùng khủng khiếp.

Phát hiện ra loài khủng long mới, trông như con vịt

tinybook tinybook 5 ngày 13 giờ
Khoa Học Công Nghệ
Phát hiện ra loài khủng long mới, trông như con vịt
Quên hình ảnh của khủng long dũng mãnh đi nhé.

Việc đào bitcoin tốn năng lượng và tạo ra rất nhiều khí thải, nó đang làm chậm quá trình phát triển của nhân loại

tinybook tinybook 5 ngày 13 giờ
Khoa Học Công Nghệ
Việc đào bitcoin tốn năng lượng và tạo ra rất nhiều khí thải, nó đang làm chậm quá trình phát triển của nhân loại
Một mặt trái mà chính cha đẻ của đồng bitcoin, Satoshi Nakamoto cũng không ngờ tới.

Elon Musk xác nhận rằng Tesla đang phát triển chip AI riêng với sự có mặt của huyền thoại từng làm cho AMD và Apple

tinybook tinybook 6 ngày 30 phút
Khoa Học Công Nghệ
Elon Musk xác nhận rằng Tesla đang phát triển chip AI riêng với sự có mặt của huyền thoại từng làm cho AMD và Apple
Sau nhiều tin đồn thì cuối cùng, Elon Musk cũng đã xác nhận thông tin này. Chúng ta đã có thứ để mà mong đợi.

Đoạn video mãn nhãn của hàng ngàn con chim bay như một: tại sao chúng không đâm vào nhau?

tinybook tinybook 6 ngày 1 giờ
Khoa Học Công Nghệ
Đoạn video mãn nhãn của hàng ngàn con chim bay như một: tại sao chúng không đâm vào nhau?
Điều khó giải thích của tự nhiên này lại mang tới cho chúng ta những khoảnh khắc tuyệt vời.

Năm 2020, Toyota sẽ có nhà máy sản xuất ra năng lượng sạch từ ... phân bò

tinybook tinybook 6 ngày 1 giờ
Khoa Học Công Nghệ
Năm 2020, Toyota sẽ có nhà máy sản xuất ra năng lượng sạch từ ... phân bò
Đây là một bước dài của Toyota, cho phép họ tiến gần hơn tới tương lai không còn xe động cơ đốt.

Tàu thủy đầu tiên trên thế giới chạy bằng điện đã được hạ thủy tại Trung Quốc

tinybook tinybook 6 ngày 13 giờ
Khoa Học Công Nghệ
Tàu thủy đầu tiên trên thế giới chạy bằng điện đã được hạ thủy tại Trung Quốc
Ngay cả khi thế giới vẫn đang ngóng đợi về ý tưởng tàu chở hàng chạy điện tự lái của công ty Yara (Na Uy) dự kiến sẽ ra mắt vào năm sau thì Trung Quốc đã sớm biến ý tưởng này thành hiện thực.

Chưa đầy 12 tuổi nhưng 3 cô bé này đã có những phát minh tầm cỡ thế giới, có em còn tự lập trình được robot

tinybook tinybook 1 tuần 1 giờ
Khoa Học Công Nghệ
Chưa đầy 12 tuổi nhưng 3 cô bé này đã có những phát minh tầm cỡ thế giới, có em còn tự lập trình được robot
Thế giới tương lai đáng sống hơn là nhờ có các em đó!

Inov-8 ra mắt đôi giày đầu tiên trên thế giới sử dụng vật liệu graphene

tinybook tinybook 1 tuần 6 giờ
Khoa Học Công Nghệ
Inov-8 ra mắt đôi giày đầu tiên trên thế giới sử dụng vật liệu graphene
Vật liệu mỏng nhất thế giới, cứng hơn thép 200 lần vừa được Inov-8 dùng để chế tạo giày thể thao.

Nhìn lại hàng công nghệ đỉnh cao những năm 90 đây: máy tính RAM tận 1MB, TV 31 inch có jack A/V hiện đại

tinybook tinybook 1 tuần 23 giờ
Khoa Học Công Nghệ
Nhìn lại hàng công nghệ đỉnh cao những năm 90 đây: máy tính RAM tận 1MB, TV 31 inch có jack A/V hiện đại
Ngày nay, với những chiếc điện thoại công nghệ cao đầy đủ chức năng, chúng có thể làm được gần như mọi chuyện. Nhưng 20 năm trước, không dễ dàng như thế.

Phi công lái drone suýt thua khi bay thi với trí tuệ nhân tạo do NASA phát triển

tinybook tinybook 1 tuần 1 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Phi công lái drone suýt thua khi bay thi với trí tuệ nhân tạo do NASA phát triển
Sau nhiều lần thua, phi công lái drone chuyên nghiệp Ken Loo cũng đã học được các khúc cua và giành chiến thắng.

Đã tìm ra cách phát hiện sớm các trận động đất lớn bằng... sóng trọng lực

tinybook tinybook 1 tuần 1 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Đã tìm ra cách phát hiện sớm các trận động đất lớn bằng... sóng trọng lực
Một phương pháp mới giúp chúng ta đo lường cường độ của các trận động đất rất lớn chỉ trong vài phút.

Đây là 10 mẹo vặt từ 100 năm trước, vẫn hữu dụng cho đến tận bây giờ

tinybook tinybook 1 tuần 1 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Đây là 10 mẹo vặt từ 100 năm trước, vẫn hữu dụng cho đến tận bây giờ
Người xưa cũng có những "lifehack" giúp cho cuộc sống dễ dàng hơn.

Đây là 6 cách IKEA đã đánh lừa não bộ của bạn, "bắt" bạn phải mua hàng của họ

tinybook tinybook 1 tuần 2 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Đây là 6 cách IKEA đã đánh lừa não bộ của bạn, "bắt" bạn phải mua hàng của họ
Phân tích từ những hành vi mua sắm nhỏ nhất, IKEA đã có cho mình một hệ thống bán hàng khổng lồ và cực kì hiệu quả.

[Chùm ảnh] Cùng tham quan căn hộ cao cấp YO! Home có thể biến 5 căn phòng thành 1 chỉ trong nháy mắt

tinybook tinybook 1 tuần 2 ngày
Khoa Học Công Nghệ
[Chùm ảnh] Cùng tham quan căn hộ cao cấp YO! Home có thể biến 5 căn phòng thành 1 chỉ trong nháy mắt
YO! Home sẽ giúp bạn tiết kiệm tối đa diện tích mà vẫn mang lại trải nghiệm về không gian sống sang trọng nhất.

Game thủ "lầy" nhất 2017 đây rồi: livestream trận UFC thật nhưng lại giả vờ là đang chơi game bằng tay cầm

tinybook tinybook 1 tuần 2 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Game thủ "lầy" nhất 2017 đây rồi: livestream trận UFC thật nhưng lại giả vờ là đang chơi game bằng tay cầm
Một clip của game thủ trên mạng đã làm dậy sóng cộng đồng mạng khi anh ta phát sóng chương trình UFC tối thứ bảy vừa qua.

Bạn có biết: loài rùa sinh tồn qua mùa đông bằng cách... thở bằng mông

tinybook tinybook 1 tuần 2 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Bạn có biết: loài rùa sinh tồn qua mùa đông bằng cách... thở bằng mông
Mùa đông lạnh lẽo đến, những chú rùa nước sạch sẽ ngủ đông dưới lòng hồ đóng băng, thay đổi cơ chế trao đổi chất và hấp thu oxy có trong nước thông qua... mông của chúng.

Chỉ là những con sóng bình thường nhưng dưới bàn tay nhiếp ảnh chuyên nghiệp, đó còn là nghệ thuật

tinybook tinybook 1 tuần 3 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Chỉ là những con sóng bình thường nhưng dưới bàn tay nhiếp ảnh chuyên nghiệp, đó còn là nghệ thuật
Những con sóng cũng hoàn toàn có thể biến thành những tác phẩm nghệ thuật dưới óc sáng tạo và quan sát tài tình của nhiếp ảnh gia chuyên nghiệp.

Elon Musk tuyên bố sẽ phóng một chiếc Tesla Roadster màu mận lên Sao Hỏa, nhưng rồi lại tự nhận rằng "mình dựng chuyện"

tinybook tinybook 1 tuần 3 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Elon Musk tuyên bố sẽ phóng một chiếc Tesla Roadster màu mận lên Sao Hỏa, nhưng rồi lại tự nhận rằng "mình dựng chuyện"
Liệu đây có phải là Musk lỡ lời, hối không kịp nên đành phải đánh lạc hướng dư luận?

Vì sao một nhà xuất bản tí hon như Bored Panda lại có thể thành công trong thời đọc tin trên Facebook?

tinybook tinybook 1 tuần 3 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Vì sao một nhà xuất bản tí hon như Bored Panda lại có thể thành công trong thời đọc tin trên Facebook?
Một câu chuyện đáng chú ý về sự phi thường trong thế giới xuất bản Facebook.

Tiết lộ bất ngờ về “vua đồng hồ” Richard Mille và những cỗ máy thời gian có giá hàng triệu đô

tinybook tinybook 1 tuần 3 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Tiết lộ bất ngờ về “vua đồng hồ” Richard Mille và những cỗ máy thời gian có giá hàng triệu đô
Richard Mille, hãng sản xuất những chiếc đồng hồ đắt tiền nhất trên thế giới với mức giá bán trung bình khoảng 185.000 USD, vẫn tiếp tục làm khách hàng “điêu đứng” vì sản xuất số lượng có hạn.

Video siêu hiếm: Elon Musk thời còn ít tóc đã mua hẳn một chiếc siêu xe 1 triệu USD, chưa đầy 1 năm sau đã đâm hỏng nó

tinybook tinybook 1 tuần 4 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Video siêu hiếm: Elon Musk thời còn ít tóc đã mua hẳn một chiếc siêu xe 1 triệu USD, chưa đầy 1 năm sau đã đâm hỏng nó
Trông Elon Musk vừa trẻ lại vừa ít tóc, thấy thật khác ...

Hình ảnh chú tôm hùm mang logo Pepsi khiến người ta lo ngại về tương lai biển cả

tinybook tinybook 1 tuần 4 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Hình ảnh chú tôm hùm mang logo Pepsi khiến người ta lo ngại về tương lai biển cả
Hình ảnh vỏ lon Pepsi xuất hiện trên phần càng của tôm hùm khiến nhiều người cảm thấy lo ngại về tác động tiêu cực của rác thải đại dương lên môi trường sinh thái biển.

21 điều thú vị về TV trên khắp thế giới mà bạn có thể chưa biết

tinybook tinybook 1 tuần 4 ngày
Khoa Học Công Nghệ
21 điều thú vị về TV trên khắp thế giới mà bạn có thể chưa biết
Có lẽ giờ đây chúng ta đã quá quen với TV và các chương trình truyền hình nhưng hiếm khi chúng ta nhận ra rằng, lịch sử phát triển TV và những con số xoay quanh TV lại có rất nhiều điều thú vị.

Chặng đường kỳ diệu của nhiếp ảnh "tự sướng", bắt đầu từ gần 200 năm trước

tinybook tinybook 1 tuần 5 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Chặng đường kỳ diệu của nhiếp ảnh "tự sướng", bắt đầu từ gần 200 năm trước
Đã bao giờ bạn tự hỏi vào những ngày mới phát minh ra nghệ thuật nhiếp ảnh, người ta sẽ chụp ảnh selfie bằng cách nào chưa?

Ứng dụng thép tạo hình nguội để xây dựng các căn nhà có khả năng chống động đất

tinybook tinybook 1 tuần 5 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Ứng dụng thép tạo hình nguội để xây dựng các căn nhà có khả năng chống động đất
Động đất là hiện tượng tự nhiên và con người khó lòng can thiệp được để thay đổi nhưng chúng ta có thể phòng ngừa và giảm thiểu tác động phá hủy của động đất.

Máy quét an ninh sân bay mới không còn yêu cầu bạn phải bỏ đồ ra ngoài nữa

tinybook tinybook 1 tuần 5 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Máy quét an ninh sân bay mới không còn yêu cầu bạn phải bỏ đồ ra ngoài nữa
Công nghệ mới cho máy quét an ninh muốn giúp cái thiện trải nghiệm hành khách.

Môi trường sống ở London thậm chí còn độc hại hơn nhiều so với những vụ rò rỉ phóng xạ

tinybook tinybook 1 tuần 5 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Môi trường sống ở London thậm chí còn độc hại hơn nhiều so với những vụ rò rỉ phóng xạ
Nhiều người từng nghĩ rằng việc để phóng xạ rò rỉ ra ngoài sẽ biến một khu vực nào đó trở thành "vùng đất chết". Ấy vậy mà mới đây kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học đã chỉ ra rằng thành phố London có mức độ ô nhiễm còn vượt qua cả thảm họa phóng xạ.

Hướng đi tiếp theo của Samsung trên con đường phát triển sẽ như thế nào?

tinybook tinybook 1 tuần 5 ngày
Khoa Học Công Nghệ
Hướng đi tiếp theo của Samsung trên con đường phát triển sẽ như thế nào?
Samsung Electronics đang đẩy mạnh kế hoạch kết nối tất cả mọi sản phẩm của mình, nhờ vào trợ lý ảo bằng giọng nói của sử dụng trí tuệ nhân tạo.
tinybook Công Nghệ Thông Tin



Chat