Bui Nhat Minh
Intern Writer
Các kỹ sư đã tìm ra cách điều khiển một loài nhện đã chết cuộn tròn và biến nó thành một dụng cụ kẹp cơ học.
Áp suất thủy lực kiểm soát chuyển động của chân nhện, cho phép loài hình nhện này duỗi thẳng và cong chân khi đi bộ.
Các kỹ sư đã mô phỏng áp suất chất lỏng bằng cách sử dụng không khí để điều khiển chân nhện.
Chân của nhện chết có lực bám rất lớn, khiến chúng trở thành “công cụ vi mô” lý tưởng để bắt những mẫu vật sống nhỏ.
Khi một con nhện bò vào góc phòng thí nghiệm nghiên cứu tại Đại học Rice ở Houston, Texas và cuộn tròn lại để chết, chắc hẳn nó không bao giờ nghĩ rằng nó sẽ trở thành nguồn cảm hứng cho ý tưởng điên rồ của các nhà nghiên cứu nhằm tạo ra một bộ kẹp cơ học giống như nhện.
Mọi chuyện bắt đầu khá ngây thơ. Faye Yap, một sinh viên tốt nghiệp ngành kỹ thuật cơ khí, và cố vấn của cô, Daniel Preston , đã nhìn thấy con nhện và suy đoán về lý do tại sao chân của một loài nhện chết lại cong vào trong và vẫn giữ nguyên như vậy. Họ biết rằng xác nhện không có áp suất thủy lực của chất lỏng bơm vào chân nhện sống để duỗi thẳng chúng.
Nhện có cơ gấp co chân vào trong. Khi một con nhện muốn duỗi thẳng chân để di chuyển, phần prosoma (nơi chân của nó gắn vào cơ thể) sẽ đẩy chất lỏng vào chân, đẩy chúng ra thẳng. Các van trong cơ thể nhện mở và đóng, tùy thuộc vào cách mỗi chân độc lập cần duỗi ra và co lại—và voilà, bạn có một con nhện biết đi. Tuy nhiên, khi nó chết, sẽ không còn áp lực chất lỏng nào để duỗi chân ra nữa.
Chẳng mấy chốc, các bánh răng bắt đầu chuyển động trong tâm trí của các kỹ sư cơ khí; họ tự hỏi liệu họ có thể sử dụng không khí thay thế cho chất lỏng tự nhiên của nhện để khiến chân có thể cử động trở lại hay không. Ý tưởng này có vẻ không quá kỳ lạ, vì nhóm nghiên cứu của Preston tập trung vào robot mềm, một lĩnh vực nghiên cứu sử dụng các vật liệu mềm hơn, không theo truyền thống như hydrogel, chất đàn hồi và hàng dệt may, Preston nói với Popular Mechanics trong một email. “Vật liệu sinh học, trong trường hợp này là những con nhện vô tri, phù hợp với phạm vi này.”
Trong thí nghiệm, Preston, Yap và các sinh viên khác trong nhóm đã sử dụng một cây kim mỏng để bơm không khí vào prosoma của một con nhện sói đã chết. Khi được đưa vào đúng vị trí, phương pháp của họ có hiệu quả ngay lập tức, duỗi thẳng tất cả các chân cùng một lúc. Sau đó, họ thử sử dụng con nhện - thường rộng khoảng 1 đến 2 inch, bao gồm cả chân, để nhặt các vật phẩm khác nhau có kích thước và trọng lượng khác nhau, như một khối lập phương cỡ xúc xắc, một thành phần bảng mạch và thậm chí là một con nhện lớn hơn.
Hóa ra, kẹp nhện của họ có thể nâng được 130% trọng lượng cơ thể của chính nó, và nó có thể mở và đóng 1.000 lần. "Chúng tôi đã rất ngạc nhiên về sự đơn giản của quy trình chế tạo và hiệu quả của kẹp necrobotic", Yap nói với Popular Mechanics trong một email. Nhóm nghiên cứu cũng rất thích thú với tốc độ mở chân của chúng.
Việc tạo ra những chiếc kẹp mới từ nhiều con nhện sói chết là một quá trình khá nhanh chóng.
“Toàn bộ quá trình, từ khâu đưa kim vào cho đến khâu dán keo để tạo ra một dụng cụ kẹp hoạt động hoàn chỉnh, có thể được thực hiện trong khoảng mười phút”, các kỹ sư viết trong một bài báo mới về dụng cụ kẹp hoại tử của họ, được công bố trên tạp chí Advanced Science vào ngày 25 tháng 7.
Nhóm nghiên cứu cũng sử dụng những loài nhện khác, bao gồm cả loài nhện khổng lồ Goliath, còn được gọi là "Goliath birdeater". (Nó thường ăn côn trùng, nhưng động vật lưỡng cư và động vật gặm nhấm nhỏ hơn cũng có trong thực đơn). Nó nặng tới sáu ounce và là loài nhện lớn nhất thế giới, với sải chân dài tới một feet. Loài tarantula này có nguồn gốc từ Rừng mưa nhiệt đới Amazon, nhưng nhóm của Preston đã đặt hàng chúng từ một công ty cung cấp vật tư sinh học. Đáng ngạc nhiên là những loài hình nhện khổng lồ này chỉ có thể nâng những vật bằng một phần mười trọng lượng cơ thể của chúng. Ngược lại, những con nhện nhảy nhỏ bé, có kích thước từ nhỏ hơn một hạt vừng một chút đến chỉ rộng một inch, có đủ lực bám để nâng gấp đôi trọng lượng cơ thể của chúng.
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu muốn tìm ra cách vận hành chân của máy kẹp một cách độc lập và nghiên cứu thêm về chuyển động và dáng đi của loài nhện, Preston nói. "Chúng tôi cũng có kế hoạch thêm lớp phủ polyme mỏng để kéo dài tuổi thọ của các thiết bị hoại tử."
Yap cho biết, do khả năng ngụy trang tự nhiên, một chiếc kẹp nhện có thể được sử dụng để bắt côn trùng sống nhỏ và các mẫu vật khác để nghiên cứu, với lợi ích bổ sung là chiếc kẹp mềm này sẽ không làm hỏng chúng. Nhóm nghiên cứu đã thực hiện phân tích tỷ lệ toán học để tìm ra mức độ hiệu quả của những chiếc kẹp hoại tử thực sự nhỏ. Preston giải thích rằng có khả năng chúng sẽ hoạt động tốt như "máy vi thao tác", vì chúng có thể giữ các vật thể có khối lượng lớn hơn đáng kể so với khối lượng của chính chúng.
Nhóm nghiên cứu cho biết, một dụng cụ kẹp được tạo ra từ cơ thể nhện cũng có thể bền vững vì nó có nguồn gốc tự nhiên, có thể phân hủy sinh học và sử dụng rất ít tài nguyên.
Preston cho biết: “Chúng tôi hy vọng rằng công trình của mình sẽ truyền cảm hứng cho mọi người theo đuổi sự tò mò của họ về các hiện tượng tự nhiên và lĩnh vực 'necrobotics' mới này sẽ khơi dậy những ý tưởng về cách chúng ta có thể cung cấp và sử dụng vật liệu sinh học một cách tôn trọng và bền vững cho các ứng dụng robot”.
Nguồn: Popularmechanics
Các kỹ sư đã mô phỏng áp suất chất lỏng bằng cách sử dụng không khí để điều khiển chân nhện.
Chân của nhện chết có lực bám rất lớn, khiến chúng trở thành “công cụ vi mô” lý tưởng để bắt những mẫu vật sống nhỏ.
Khi một con nhện bò vào góc phòng thí nghiệm nghiên cứu tại Đại học Rice ở Houston, Texas và cuộn tròn lại để chết, chắc hẳn nó không bao giờ nghĩ rằng nó sẽ trở thành nguồn cảm hứng cho ý tưởng điên rồ của các nhà nghiên cứu nhằm tạo ra một bộ kẹp cơ học giống như nhện.
Mọi chuyện bắt đầu khá ngây thơ. Faye Yap, một sinh viên tốt nghiệp ngành kỹ thuật cơ khí, và cố vấn của cô, Daniel Preston , đã nhìn thấy con nhện và suy đoán về lý do tại sao chân của một loài nhện chết lại cong vào trong và vẫn giữ nguyên như vậy. Họ biết rằng xác nhện không có áp suất thủy lực của chất lỏng bơm vào chân nhện sống để duỗi thẳng chúng.
Nhện có cơ gấp co chân vào trong. Khi một con nhện muốn duỗi thẳng chân để di chuyển, phần prosoma (nơi chân của nó gắn vào cơ thể) sẽ đẩy chất lỏng vào chân, đẩy chúng ra thẳng. Các van trong cơ thể nhện mở và đóng, tùy thuộc vào cách mỗi chân độc lập cần duỗi ra và co lại—và voilà, bạn có một con nhện biết đi. Tuy nhiên, khi nó chết, sẽ không còn áp lực chất lỏng nào để duỗi chân ra nữa.
Chẳng mấy chốc, các bánh răng bắt đầu chuyển động trong tâm trí của các kỹ sư cơ khí; họ tự hỏi liệu họ có thể sử dụng không khí thay thế cho chất lỏng tự nhiên của nhện để khiến chân có thể cử động trở lại hay không. Ý tưởng này có vẻ không quá kỳ lạ, vì nhóm nghiên cứu của Preston tập trung vào robot mềm, một lĩnh vực nghiên cứu sử dụng các vật liệu mềm hơn, không theo truyền thống như hydrogel, chất đàn hồi và hàng dệt may, Preston nói với Popular Mechanics trong một email. “Vật liệu sinh học, trong trường hợp này là những con nhện vô tri, phù hợp với phạm vi này.”
Trong thí nghiệm, Preston, Yap và các sinh viên khác trong nhóm đã sử dụng một cây kim mỏng để bơm không khí vào prosoma của một con nhện sói đã chết. Khi được đưa vào đúng vị trí, phương pháp của họ có hiệu quả ngay lập tức, duỗi thẳng tất cả các chân cùng một lúc. Sau đó, họ thử sử dụng con nhện - thường rộng khoảng 1 đến 2 inch, bao gồm cả chân, để nhặt các vật phẩm khác nhau có kích thước và trọng lượng khác nhau, như một khối lập phương cỡ xúc xắc, một thành phần bảng mạch và thậm chí là một con nhện lớn hơn.
Hóa ra, kẹp nhện của họ có thể nâng được 130% trọng lượng cơ thể của chính nó, và nó có thể mở và đóng 1.000 lần. "Chúng tôi đã rất ngạc nhiên về sự đơn giản của quy trình chế tạo và hiệu quả của kẹp necrobotic", Yap nói với Popular Mechanics trong một email. Nhóm nghiên cứu cũng rất thích thú với tốc độ mở chân của chúng.
Việc tạo ra những chiếc kẹp mới từ nhiều con nhện sói chết là một quá trình khá nhanh chóng.
“Toàn bộ quá trình, từ khâu đưa kim vào cho đến khâu dán keo để tạo ra một dụng cụ kẹp hoạt động hoàn chỉnh, có thể được thực hiện trong khoảng mười phút”, các kỹ sư viết trong một bài báo mới về dụng cụ kẹp hoại tử của họ, được công bố trên tạp chí Advanced Science vào ngày 25 tháng 7.
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu muốn tìm ra cách vận hành chân của máy kẹp một cách độc lập và nghiên cứu thêm về chuyển động và dáng đi của loài nhện, Preston nói. "Chúng tôi cũng có kế hoạch thêm lớp phủ polyme mỏng để kéo dài tuổi thọ của các thiết bị hoại tử."
Yap cho biết, do khả năng ngụy trang tự nhiên, một chiếc kẹp nhện có thể được sử dụng để bắt côn trùng sống nhỏ và các mẫu vật khác để nghiên cứu, với lợi ích bổ sung là chiếc kẹp mềm này sẽ không làm hỏng chúng. Nhóm nghiên cứu đã thực hiện phân tích tỷ lệ toán học để tìm ra mức độ hiệu quả của những chiếc kẹp hoại tử thực sự nhỏ. Preston giải thích rằng có khả năng chúng sẽ hoạt động tốt như "máy vi thao tác", vì chúng có thể giữ các vật thể có khối lượng lớn hơn đáng kể so với khối lượng của chính chúng.
Nhóm nghiên cứu cho biết, một dụng cụ kẹp được tạo ra từ cơ thể nhện cũng có thể bền vững vì nó có nguồn gốc tự nhiên, có thể phân hủy sinh học và sử dụng rất ít tài nguyên.
Preston cho biết: “Chúng tôi hy vọng rằng công trình của mình sẽ truyền cảm hứng cho mọi người theo đuổi sự tò mò của họ về các hiện tượng tự nhiên và lĩnh vực 'necrobotics' mới này sẽ khơi dậy những ý tưởng về cách chúng ta có thể cung cấp và sử dụng vật liệu sinh học một cách tôn trọng và bền vững cho các ứng dụng robot”.
Nguồn: Popularmechanics
