Đại học Cambridge khám phá khả năng bám dính đặc biệt của bọ que để áp
dụng vào công nghệ vật liệu
Thiên nhiên luôn là nguồn cảm hứng lớn đối với các nhà khoa học vật liệu và hôm nay, loài bọ que lại được chọn làm chủ đề nghiên cứu của đại học Cambridge. Loài côn trùng di chuyển chậm chạp này gần như thách thức trọng lực khi có thể treo mình trên mọi mặt phẳng nhưng khả năng bám dính này lại không ảnh hưởng đến việc di chuyển của chúng. Vậy làm sao bọ que có thể giải quyết cả 2 vấn đề này?
Nghiên cứu mới nhất từ Cambridge đã tiết lộ rằng sự kết hợp giữa các vật liệu cứng và mềm trên chân của bọ que đã giúp chúng khắc phục mâu thuẫn về chức năng của các chân. Với việc sử dụng hỗn hợp giữa các tấm đệm cứng để bám hút và đệm lông để tạo ra lực ma sát thay vì dính thật sự vào bề mặt, bọ que có thể bất chấp trọng lực trong khi vẫn có thể di chuyển tự do khi treo ngược thân mình.
David Labonte - lãnh đạo nhóm nghiên cứu đến từ khoa động vật học thuộc đại học Cambridge cho biết: "Bọ que đã phát triển một phương pháp rất khéo léo để giải quyết vấn đề giữa khả năng bám dính và sự vận động với hệ thống đệm chân kép thay đổi luân phiên giữa 2 vai trò dính và bám tùy theo tình huống. Bằng cách sắp xếp và hình thái học, tự nhiên đã dạy cho chúng tôi rằng một thiết kế tốt có nghĩa chúng tôi có thể kết hợp các tính chất của vật liệu cứng và mềm, tạo ra các lực hợp thành như lực ma sát để có thể đi một quãng đường dài mà không cần dùng nhiều áp lực tương tự như bọ que."
Cấu trúc đệm gót chân của bọ que với các lông siêu nhỏ hình nón.
Nghiên cứu đã phát hiện ra bọ que có 2 tấm đệm với vai trò bám dính khác nau ở cuối mỗi chân. Đệm bám dính tại mũi chân mang lại lực hút cần thiết để leo lên tường và di chuyển trên mặt dưới của các cành cây. Trong khi đó, đệm lông ở gót chân mang lại lực ma sát cần thiết để bám nhưng không dính khi di chuyển trên các mặt thẳng đứng. Độ ma sát phù hợp có thể được điều chỉnh nhờ cách sắp xếp và hình dạng của các lông siêu nhỏ với độ dài khác nhau.
Bằng cách áp dụng áp lực nhiều hay ít lên bề mặt, bọ que có thể tăng hoặc giảm ma sát. Theo giáo sư Labonte, điều này có thể được thực hiện dựa trên 3 yếu tố:
- Đệm chân và đầu các sợi lông đều bo tròn. Điều này có nghĩa khi áp lực được đặt lên bề mặt, diện tích tiếp xúc được tạo ra nhiều hơn, giống như khi bạn đè một trái bóng cao su xuống sàn.
- Một số sợi lông ngắn hơn số còn lại, do đó khi có nhiều áp lực, các sợi lông ngắn sẽ được tiếp xúc với bề mặt.
- Khi có nhiều áp lực hơn được áp dụng lên bề mặt, một số sợi lông cong lại và tạo ra tiếp xúc bên, qua đó tăng diện tích tiếp xúc mà không cần nhiều lực bổ sung.
Các yếu tố thiết kế này tạo ra một lực ma sát lớn với một áp lực tương đối nhỏ. Từ trường hợp của bọ que, các nhà khoa học hy vọng sẽ mở ra những cải tiến mới về vật liệu. Một ví dụ là vật liệu dùng để chế tạo đế dày thể thao. Họ cho rằng nó có thể giúp một vận động viên điền kinh như Usain Bolt có thể cán đích ở cự ly 100 m nhanh hơn so với kỷ lục mà anh đang nắm giữ.
Giáo sư Labonte giải thích: "Nếu bạn chạy, bạn không muốn bàn chân mình dính vào mặt đường nhưng bạn cũng không muốn chân bị trượt. Chúng tôi nghiên cứu loài côn trùng này để hiểu rõ hơn về các hệ thống sinh học và bài học từ thiên nhiên như trên sẽ rất hữu ích để làm ý tưởng cho những phương pháp tiếp cận mới nhằm tạo ra các thiết bị tốt hơn."
Những nghiên cứu lấy ý tưởng từ thiên nhiên đã dẫn đến rất nhiều cải tiến trong các công nghệ hiện đại. Dưới đây là một số công nghệ mà bạn có thể quan tâm:
