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

Google bí mật theo dõi vị trí của 10 triệu người dùng Android ở Úc và tiêu tốn của họ 580 triệu USD dữ liệu di động mỗi năm

tinybook tinybook 1 tuần 2 ngày
Google bí mật theo dõi vị trí của 10 triệu người dùng Android ở Úc và tiêu tốn của họ 580 triệu USD dữ liệu di động mỗi năm
Người dùng Android có thể bị Google theo dõi vị trí và tiêu tốn khoảng 1GB dữ liệu mỗi tháng, chưa kể thông tin sẽ được chuyển cho các nhà quảng cáo.

Khảo sát mới: 97% người dùng iPhone X thích tai thỏ, trong khi Siri bị ghét nhất

tinybook tinybook 1 tuần 4 ngày
Khảo sát mới: 97% người dùng iPhone X thích tai thỏ, trong khi Siri bị ghét nhất
Tưởng chừng thiết kế tai thỏ trên iPhone X sẽ khiến người dùng khó chịu, nhưng cái tên bị ghét nhất lại là cô trợ lý ảo Siri.

Đang tối mặt chuẩn bị IPO, Xiaomi lại bị Coolpad vác đơn kiện vi phạm bằng sáng chế

tinybook tinybook 1 tuần 4 ngày
Đang tối mặt chuẩn bị IPO, Xiaomi lại bị Coolpad vác đơn kiện vi phạm bằng sáng chế
Vụ tranh chấp này nổ ra vào thời điểm tương đối nhạy cảm khi Xiaomi đang chuẩn bị IPO tại Hồng Kông.

So sánh giữa tính năng điều hướng bằng cử chỉ của Android P và iPhone X

tinybook tinybook 1 tuần 6 ngày
So sánh giữa tính năng điều hướng bằng cử chỉ của Android P và iPhone X
Android P đang đem đến một loạt các tính năng mới đến hệ điều hành của Google, và một trong những cập nhật mới nhất là hệ thống giao diện dựa trên cử chỉ người dùng. Hệ thống này đã khiến nhiều người ngỡ ngàng vì nó khá giống với tính năng điều khiển bằng cử chỉ mà Apple đã giới thiệu trên iPhone X vào năm ngoái.

[Google I/O 2018] Video cho thấy Android P copy y nguyên tính năng điều hướng bằng cử chỉ của iPhone X

tinybook tinybook 2 tuần 1 ngày
[Google I/O 2018] Video cho thấy Android P copy y nguyên tính năng điều hướng bằng cử chỉ của iPhone X
Google đã hé lộ một số tính năng mới trong phiên bản kế tiếp của Android tại hội nghị nhà phát triển của mình. Tuy nhiên, có một tính năng trông quen thuộc đến đáng ngờ.

[Microsoft Build 2018] Lần đầu tiên, Microsoft trình diễn màn kết hợp giữa hai trợ lý ảo Cortana và Alexa

tinybook tinybook 2 tuần 2 ngày
[Microsoft Build 2018] Lần đầu tiên, Microsoft trình diễn màn kết hợp giữa hai trợ lý ảo Cortana và Alexa
Microsoft lần đầu công bố việc tích hợp Cortana với Alexa vào năm ngoái, và hôm nay tại Hội nghị BUILD, công ty đã cập nhật tình hình liên quan vấn đề này.

Các nhà khoa học phân tích thành công con hươu hai đầu, hai tim, hai bộ ruột nhưng chỉ có một hậu môn

tinybook tinybook 1 tuần 2 ngày
Các nhà khoa học phân tích thành công con hươu hai đầu, hai tim, hai bộ ruột nhưng chỉ có một hậu môn
Được phát hiện ngay khi mời bỏ mạng không lâu, con hươu đuôi trắng được bảo quản trong điều kiện gần như hoàn hảo.

Công nghệ dùng Drone trồng cây, có thể trồng được 100.000 cây chỉ trong 1 ngày

tinybook tinybook 1 tuần 3 ngày
Công nghệ dùng Drone trồng cây, có thể trồng được 100.000 cây chỉ trong 1 ngày
Công nghệ mới này được hi vọng sẽ giúp phủ xanh các quả đồi trọc bởi một Drone có thể trồng được tới 100.000 cây trong 1 ngày.

Drone trực thăng nhỏ gọn của NASA sẽ bay trên bầu trời Sao Hỏa

tinybook tinybook 1 tuần 3 ngày
Drone trực thăng nhỏ gọn của NASA sẽ bay trên bầu trời Sao Hỏa
Sau khi đưa nhiều chiếc xe bốn bánh vượt địa hình lên thám hiểm bề mặt Sao Hỏa, NASA quyết định đã đến lúc quan sát từ trên trời.

Các đại gia Bitcoin giấu gia tài của họ trong các kho chứa dưới lòng đất, nhưng bạn đừng nên học theo

tinybook tinybook 1 tuần 3 ngày
Các đại gia Bitcoin giấu gia tài của họ trong các kho chứa dưới lòng đất, nhưng bạn đừng nên học theo
Dịch vụ kho lưu trữ lạnh Xapo được đồn đoán là nơi chứa hơn 10 tỷ USD Bitcoin.

Câu chuyện nổi da gà về William Rankin, Trung Tá Không lực Hoa Kỳ đã "cưỡi" lên sấm sét để đáp đất an toàn trong một vụ tai nạn máy bay

tinybook tinybook 1 tuần 3 ngày
Câu chuyện nổi da gà về William Rankin, Trung Tá Không lực Hoa Kỳ đã "cưỡi" lên sấm sét để đáp đất an toàn trong một vụ tai nạn máy bay
Câu chuyện về William Rankin sẽ trường tồn với thời gian!

Có một bãi rác rộng bằng 480 lần Hà Nội ngoài khơi Thái Bình Dương, và một chàng trai chuẩn bị dọn sạch nó

tinybook tinybook 1 tuần 3 ngày
Có một bãi rác rộng bằng 480 lần Hà Nội ngoài khơi Thái Bình Dương, và một chàng trai chuẩn bị dọn sạch nó
Ước mơ của Boyan Slat thể hiện khả năng của cả một thế hệ trẻ, thế hệ sẽ thay đổi thế giới này.

Giải ngố về công nghệ 5G - thứ mà các nhà mạng trên thế giới đang đua nhau phát triển

tinybook tinybook 1 tuần 3 ngày
Giải ngố về công nghệ 5G - thứ mà các nhà mạng trên thế giới đang đua nhau phát triển
5G nhanh hơn 4G ra sao, và sẽ thay đổi thế giới kết nối của chúng ta như thế nào? Tại sao các ông lớn trên thế giới như Intel, Qualcomm hay Apple lại muốn dẫn đầu cuộc đua thiết bị 5G như thế?

Những điểm tương đồng đến kì lạ giữa Thanos và Voldemort, hai kẻ ác của hai Vũ trụ giả tưởng khác nhau

tinybook tinybook 1 tuần 3 ngày
Những điểm tương đồng đến kì lạ giữa Thanos và Voldemort, hai kẻ ác của hai Vũ trụ giả tưởng khác nhau
Hai kẻ ác đều tìm kiếm một sức mạnh vô song, bước vào chuyến hành trình dài và gian nan để có được nó.

Năm 1983, nhân loại đã đứng sát bên bờ vực chiến tranh hạt nhân, nhưng người đàn ông quyết đoán này đã ngăn nó lại

tinybook tinybook 1 tuần 3 ngày
Năm 1983, nhân loại đã đứng sát bên bờ vực chiến tranh hạt nhân, nhưng người đàn ông quyết đoán này đã ngăn nó lại
Quyết định của ông Petrov được đưa ra khi toàn thế giới đang căng như dây đàn dưới sức nặng của Chiến tranh Lạnh.

Jack Ma, người giàu nhất Trung Quốc, từng vui hơn nhiều khi chưa thành tỷ phú

tinybook tinybook 1 tuần 4 ngày
Jack Ma, người giàu nhất Trung Quốc, từng vui hơn nhiều khi chưa thành tỷ phú
Jack Ma, nhà sáng lập và chủ tịch của Alibaba, trở thành người giàu nhất Trung Quốc sau khi Alibaba IPO thành công với số vốn kỉ lục 25 tỷ USD hồi tháng 9 năm ngoái.

Ngắm ý tưởng khách sạn có thể bồng bềnh trên những con sóng và dùng điện từ thủy triều

tinybook tinybook 1 tuần 4 ngày
Ngắm ý tưởng khách sạn có thể bồng bềnh trên những con sóng và dùng điện từ thủy triều
Cảm giác nằm thư giãn trong một khách sạn nổi, ngắm những con sóng bập bồng vỗ vào hay được quan sát toàn bộ hệ sinh thái dưới biển khơi quả thực sẽ đem tới một trải nghiệm thú vị chưa từng có.

Startup Đan Mạch phát minh ra quần lót mặc nhiều tuần không cần giặt

tinybook tinybook 1 tuần 4 ngày
Startup Đan Mạch phát minh ra quần lót mặc nhiều tuần không cần giặt
Bạn đọc chính xác đấy - quần lót có thể mặc nhiều tuần mà chẳng cần giặt. Nhưng mục đích của sản phẩm này lại không phải dành cho các bạn trẻ lười nhác đâu!

Lõi Quỷ - lõi phóng xạ hạt nhân đã hại chết hai nhà khoa học

tinybook tinybook 1 tuần 4 ngày
Lõi Quỷ - lõi phóng xạ hạt nhân đã hại chết hai nhà khoa học
Một quả bom chết người dưới hình hài một khối cầu vô hại.

Loại thiết bị cấy võng mạc mỏng hơn 100 lần neuron thần kinh có tiềm năng xóa bỏ bệnh mù lòa

tinybook tinybook 1 tuần 4 ngày
Loại thiết bị cấy võng mạc mỏng hơn 100 lần neuron thần kinh có tiềm năng xóa bỏ bệnh mù lòa
Làm từ vàng và mực hữu cơ, chúng được kỳ vọng là sẽ phục hồi lại thị lực trở về bình thường hoàn toàn

Đây là những lý do tại sao chúng ta nên tin rằng mình đang sống trong hệ thống Đa vũ trụ

tinybook tinybook 1 tuần 4 ngày
Đây là những lý do tại sao chúng ta nên tin rằng mình đang sống trong hệ thống Đa vũ trụ
Vì dường như chỉ có học thuyết này mới có thể giải thích cho sự vô tận của vũ trụ.

Hiểu đúng (để bớt sợ) về màn trình diễn giọng nói "y như người thật" của Google Assistant

tinybook tinybook 1 tuần 4 ngày
Hiểu đúng (để bớt sợ) về màn trình diễn giọng nói "y như người thật" của Google Assistant
Google Assistant đã có thể nói chuyện như người thật. Khán giả trong sân khấu Google Build thì vỗ tay nồng nhiệt, báo giới thì lên tiếng e ngại. Liệu kịch bản Kẻ Hủy Diệt đã đến gần?

Bác sĩ thú y hàng đầu chỉ cho bạn cách ghìm mèo cho an toàn và cách bế mèo đi chơi cho hiệu quả

tinybook tinybook 1 tuần 4 ngày
Bác sĩ thú y hàng đầu chỉ cho bạn cách ghìm mèo cho an toàn và cách bế mèo đi chơi cho hiệu quả
Những kiến thức mà một "sen" cần phải có.

Trung Quốc sắp trình diễn một trận mưa nhân tạo lớn chưa từng có trên cao nguyên Tây Tạng

tinybook tinybook 1 tuần 5 ngày
Trung Quốc sắp trình diễn một trận mưa nhân tạo lớn chưa từng có trên cao nguyên Tây Tạng
Trung Quốc đã hoàn thành hệ thống tạo mưa lớn nhất có tên Sky River. Dự án được kỳ vọng sẽ khắc phục tình trạng thiếu nước và mang lại lượng nước tích trữ đủ lớn cho một vùng dân cư.

Xe bưu phẩm chạy điện mới của Bưu chính Mỹ như bước ra từ phim hoạt hình Pixar

tinybook tinybook 1 tuần 5 ngày
Xe bưu phẩm chạy điện mới của Bưu chính Mỹ như bước ra từ phim hoạt hình Pixar
Bưu chính Mỹ (UPS) chưa bao giờ giấu diếm ý định nâng cấp đội xe bưu phẩm của họ lên các mẫu thân thiện với môi trường. Và vài tháng trước, họ đã đặt mua đến 125 chiếc xe tải chạy điện Tesla Semi - đơn hàng xe tải lớn nhất mà Tesla từng nhận được.

Mãn nhãn với màn nhảy múa của những giọt sơn đầy màu sắc dưới góc nhìn quay chậm

tinybook tinybook 1 tuần 5 ngày
Mãn nhãn với màn nhảy múa của những giọt sơn đầy màu sắc dưới góc nhìn quay chậm
Khác với những bức ảnh chụp phẩm màu hoặc bột sơn bắn tung tóe do lực nảy của màng loa, đoạn video slow-motion quay chậm cảnh những giọt sơn bắn lên khiến người xem vô cùng mãn nhãn và thích thú.

Nếu bạn dự định có con, đừng để vợ mình ăn đồ ăn nhanh và tăng cường ăn rau quả tươi

tinybook tinybook 1 tuần 5 ngày
Nếu bạn dự định có con, đừng để vợ mình ăn đồ ăn nhanh và tăng cường ăn rau quả tươi
Các nhà khoa học thấy rằng, việc sử dụng quá nhiều đồ ăn nhanh trong chế độ ăn hàng ngày sẽ làm gia tăng nguy cơ vô sinh lên gấp 2 lần đối với các phụ nữ đang trong độ tuổi sinh đẻ. Thêm vào đó, việc không ăn đủ hoa quả cho thấy sự liên quan tới việc gia tăng nguy cơ vô sinh lên tới 50%.

Với Android P, Google muốn người dùng hạn chế dùng điện thoại hơn nữa

tinybook tinybook 1 tuần 6 ngày
Với Android P, Google muốn người dùng hạn chế dùng điện thoại hơn nữa
Việc thừa nhận và tìm cách giải quyết vấn đề nghiện Smartphone của các nhà sản xuất cũng đồng nghĩa với việc chấp nhận đương đầu với một nghịch lý: Vừa phải tìm cách làm cho thiết bị của mình hấp dẫn trong mắt người dùng hơn so với đối thủ, nhưng cũng vừa phải tìm cách để làm nó "kém hấp dẫn" để người dung không sử dụng thiết bị quá nhiều.

Bức tượng cổ đại cao 5 mét làm giới khoa học bất ngờ do có tuổi thọ 11.600 năm, gấp đôi tuổi thọ Kim tự tháp Ai Cập

tinybook tinybook 1 tuần 6 ngày
Bức tượng cổ đại cao 5 mét làm giới khoa học bất ngờ do có tuổi thọ 11.600 năm, gấp đôi tuổi thọ Kim tự tháp Ai Cập
Rất có thể nó là sản phẩm của một nền văn hóa chưa bao giờ được khám phá.

Các nhà khoa học thành công trong việc dạy nhện nhảy bằng 4 chân

tinybook tinybook 1 tuần 6 ngày
Các nhà khoa học thành công trong việc dạy nhện nhảy bằng 4 chân
Chứ không phải là để tạo một đội quân nhện đâu nhé, bạn đừng lo.
tinybook Công Nghệ Thông Tin








Chat