Sợi cơ các bon nhân tạo có thể nâng vật nặng gấp 12.600 lần trọng lượng của chính nó

Dân trí Các giáo sư tại bang Illinois vừa mới công bố nghiên cứu về việc thiết kế các sợi cơ nhân tạo siêu mạnh, các sợi cơ nhân tạo này được làm từ sợi các bon - được gia cố bằng cao su si-lô-xan, và có hình dạng cuộn.

Những sợi cơ này có những tính chất vật lý nổi bật như là có khả năng nâng vật nặng gấp 12.600 lần trọng lượng của chính sợi cơ, hoặc có thể tạo ra tới 60 MPa ứng suất cơ học (đại lượng biểu thị nội lực phát sinh trong vật thể biến dạng do tác dụng của các nguyên nhân bên ngoài như tải trọng, sự thay đổi nhiệt độ), hay là cung cấp độ bền kéo (là đặc tính chịu được lực kéo đứt vật liệu) cao hơn 25% và trong một số công việc cụ thể có thể lên tới 758 J / kg. Những giá trị này cao gấp 18 lần so với các cơ bắp tự nhiên của cơ thể chúng ta.


Phóng to sợi cơ carbon được cuộn gia cố có đường kính 0,4 mm.

Phóng to sợi cơ carbon được cuộn gia cố có đường kính 0,4 mm.

Khi được cấp điện năng, cơ nhân tạo sợi các bon cho thấy hiệu suất tuyệt vời mà không đòi hỏi điện áp đầu vào cao: các tác giả đã làm một đoạn video diễn tả cách một bó cơ có đường kính 0,4 mm có thể nâng 1,9l nước lên cao 3,55 cm chỉ với 0,172 V/cm.

“Các sợi cơ nhân tạo giá rẻ và trọng lượng nhẹ có thể ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, như rô bốt, dụng cụ chỉnh hình, chân tay giả, hay các thiết bị phụ trợ”, Lamuta nói. “Mô hình toán học mà chúng tôi đề xuất là một công cụ thiết kế hữu ích để điều chỉnh hiệu suất của các cơ cuộn nhân tạo tùy vào những ứng dụng thực tế khác nhau. Hơn nữa, mô hình cung cấp một sự hiểu biết rõ ràng về tất cả các tham số mang vai trò quan trọng trong cơ chế hoạt động, và điều này khuyến khích nghiên cứu trong tương lai hướng tới sự phát triển các kiểu cơ mới được gia cố bằng sợi với các đặc tính nâng cao”.


Sợi cơ các bon nhân tạo có khả năng nâng chai nước nặng.

Sợi cơ các bon nhân tạo có khả năng nâng chai nước nặng.

Sợi cơ nhân tạo là một cuộn dây bao gồm các sợi carbon và polydimethylsiloxan (PDMS). Một sợi carbon được nhúng vào PDMS chưa được xử lý pha loãng với hexan (C6H14) và sau đó dùng mũi khoan xoắn sợi này lại tại ra một sợi composite thẳng hình dạng đồng nhất và bán kính không đổi. Sau khi xử lý PDMS, sợi composite thẳng được xoắn nhiều lần cho đến khi nó được cuộn lại hoàn toàn thành một sợi lớn hơn. "Cơ cuộn được phát minh trước đây bằng cách sử dụng sợi nylon", Tawfick nói: “Chúng có thể tạo ra những sợi dây lớn, khiến chúng trở nên vô cùng hữu ích, có thể ứng dụng trong các thiết bị trợ giúp con người: nếu chúng có thể được tạo ra mạnh hơn”.

Nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu dùng sợi carbon - một vật liệu nhẹ, mạnh, và đã được thương mại hóa, để sản xuất cơ nhân tạo.

“Để sử dụng sợi carbon, chúng tôi phải hiểu cơ chế co giãn của cơ được cuộn lại. Khi chúng tôi hiểu rõ cơ chế, chúng tôi đã học cách biến đổi các sợi carbon thành các sợi cơ cực mạnh. Chúng tôi chỉ đơn giản là đổ đầy sợi carbon với loại cao su silicone phù hợp, và hiệu suất của chúng thật ấn tượng, chính xác những gì chúng tôi đã nhắm tới”, Tawfick nói. Nghiên cứu này chứng minh rằng sự co giãn của cơ được gây ra bởi sự gia tăng bán kính của sợi cơ do giãn nở nhiệt hoặc hấp thu dung môi từ việc đổ đầy silicon. “Các cơ co giãn khi cao su silicone tại vị trí ấy đẩy các sợi ra xung quanh nhưng trong phạm vi được kéo, bằng cách cấp thêm điện áp, nhiệt, hoặc sức căng từ dung môi. Áp lực bên trong được tạo ra từ cao su silicon lên các sợi làm cho đường kính kéo giãn tăng lên và mở ra gây ra sự co giãn dọc theo chiều dài sợi dây”.

Trong việc thực nghiệm các đặc tính, điện áp một chiều được cấp cho các đầu của các cuộn dây để tạo ra nhiệt lên vật liệu composite và lần lượt gây ra sự kéo giãn. Đầu trên của cuộn dây đã được cố định, trong khi một vật nặng được gắn vào cuối dây để tạo sức căng. Độ bền kéo được ghi lại bởi máy quay phim và phân tích từng khung hình. Hoạt động kéo căng cũng được thử nghiệm thông qua sức căng của hexan lỏng được chuyển đến cơ cuộn.

Các cơ này có thể xoắn nhiều hơn nữa, và tạo ra các dợi dây lớn hơn không? Mối liên hệ chặt chẽ giữa những dự đoán toán học và thực hiện thử nghiệm đã cung cấp câu trả lời. Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng sự tác động kéo căng của các cơ cuộn nhân tạo có thể bị hạn chế bởi tính năng của chất được thêm vào (silicone) - giới hạn áp đặt bởi các đặc tính suy thoái nhiệt của chất được thêm vào.

Điều này giải thích lý do tại sao cơ bị kích thích bởi sức căng từ dung môi có đặc tính nổi trội hơn, chúng có thể co giãn mạnh hơn sự co giãn do nhiệt gây ra. Mô hình lý thuyết do các tác giả đề xuất làm sáng tỏ cách thiết kế vật liệu thêm vào có thể cho phép các cơ bắp có hiệu suất ấn tượng hơn nữa.

Đ.T.N-NASATI (Theo Scitechdaily)

MỚI NHẤT
Hà Nội: Nhiều nhà "khoa học nhí" hội tụ trong ngày hội STEM
Hà Nội: Nhiều nhà "khoa học nhí" hội tụ trong ngày hội STEM

(Dân trí) - Ngày hội STEM đã được tổ chức liên tục trong bốn năm qua và ngày càng thu hút sự tham gia của các em nhỏ đến từ nhiều trường học trên cả nước.

Thứ hai, 14/05/2018 - 11:03

Tại sao não không cần một cặp mắt bổ sung đằng sau gáy?
Tại sao não không cần một cặp mắt bổ sung đằng sau gáy?

(Dân trí) - Khoa học giờ đây có thể xác nhận rằng giáo viên lớp năm của bạn - một người luôn luôn bắt bài bạn - có thể đã có cặp mắt sau gáy như lời học sinh vẫn đồn.

Thứ hai, 14/05/2018 - 10:00

Điều gì sẽ xảy ra trong cơ thể người khi bị sét đánh?
Điều gì sẽ xảy ra trong cơ thể người khi bị sét đánh?

(Dân trí) - Bị trúng sét là một điều thật tệ hại. Nó có thể cháy nóng hơn mặt trời, để lại sẹo trên cơ thể của bạn, và thổi bay quần áo của bạn. Thậm chí tệ hơn, nó đã giết chết khoảng 47 người Mỹ mỗi năm.

Thứ hai, 14/05/2018 - 09:50

Đi bộ có thể làm tăng khả năng mang thai của phụ nữ
Đi bộ có thể làm tăng khả năng mang thai của phụ nữ

(Dân trí) - Một nghiên cứu của ĐH Massachusetts Amherst, Mỹ chỉ ra rằng đi bộ có thể giúp tăng khả năng thụ thai của phụ nữ, đặc biệt ở những người đã từng bị sảy thai trước đây.

Thứ hai, 14/05/2018 - 06:44

Tin xấu cho những người thích đi du lịch
Tin xấu cho những người thích đi du lịch

(Dân trí) - Theo một nghiên cứu đầu tiên trên thế giới mới được công bố về Biến đổi khí hậu thiên nhiên: Lượng khí thải carbon của du lịch lớn gấp bốn lần so với những đánh giá trước đây.

Thứ hai, 14/05/2018 - 06:39

Những phát hiện khoa học tình cờ làm thay đổi lịch sử nhân loại (Phần 2)
Những phát hiện khoa học tình cờ làm thay đổi lịch sử nhân loại (Phần 2)

(Dân trí) - Trên thực tế, có không ít những phát hiện tình cờ, lại là nguồn gốc của các phát minh, ý tưởng lớn làm thay đổi lịch sử nhân loại. Trong phần tiếp theo này, hãy cùng tìm hiểu “sự tích” đầy thú vị về “Hiện tượng phóng xạ”, “Kỹ thuật gây tê” và “Bản đồ các dòng hải lưu”.

Thứ hai, 14/05/2018 - 06:32

Thử sức với bài kiểm tra nhanh kiến thức khoa học tổng hợp (Kỳ 5)
Thử sức với bài kiểm tra nhanh kiến thức khoa học tổng hợp (Kỳ 5)

(Dân trí) - Nếu bạn còn đang cảm thấy “lờ đờ” sau kỳ nghỉ cuối tuần, hãy thử “đánh thức” bộ não và xốc lại tinh thần cho một ngày làm việc hiệu quả, với thử thách về kiến thức khoa học tổng hợp cực kì thú vị dưới đây!

Thứ hai, 14/05/2018 - 06:30

Điểm mặt những loại ma túy nguy hiểm nhất
Điểm mặt những loại ma túy nguy hiểm nhất

(Dân trí) - Rượu và thuốc lá hóa ra là những chất độc nguy hiểm nhất đối với sức khỏe của toàn thể cộng đồng cư dân Trái Đất, cướp đi nhiều sinh mạng hơn tất cả các chất gây nghiện khác. Đó là tuyên bố của các chuyên gia nghiên cứu ma túy trong bài báo đăng trên tạp chí Addiction.

Chủ nhật, 13/05/2018 - 08:14

Xác quái vật khổng lồ nhiều lông dạt vào bãi biển Philippines
Xác quái vật khổng lồ nhiều lông dạt vào bãi biển Philippines

Sinh vật biển khổng lồ trôi dạt vào bãi biển ở Philippines, khiến người địa phương lo ngại thảm họa thiên nhiên sắp xảy ra.

Chủ nhật, 13/05/2018 - 08:06

Bí mật công nghệ bên trong chiếc bánh xe không bao giờ… xẹp lốp
Bí mật công nghệ bên trong chiếc bánh xe không bao giờ… xẹp lốp

(Dân trí) - Công nghệ in 3D cho phép chúng ta hiện thực hóa những thiết kế phức tạp, mà gần như không thể thực hiện với các phương pháp truyền thống. Chiếc bánh xe đạp không bao giờ “xẹp lốp” dưới đây sẽ giúp bạn thấy được phần nào tính ứng dụng tuyệt vời của công nghệ tiên tiến này.

Chủ nhật, 13/05/2018 - 12:35

Khoảnh khắc linh dương chống chọi với 5 con báo săn và cái kết bất ngờ
Khoảnh khắc linh dương chống chọi với 5 con báo săn và cái kết bất ngờ

(Dân trí) - Đoạn video ghi lại cảnh năm con báo đồng thời tấn công con linh dương. Bị dồn vào thế đường cùng nên linh dương chống trả quyết liệt nhằm tìm cơ hội thoát thân. Trận chiến đang căng thẳng thì đột nhiên một con linh cẩu chạy đến "đấu trường" và cái kết đầy bất ngờ đã diễn ra.

Chủ nhật, 13/05/2018 - 07:20

Virút Zika có thể tiêu diệt các tế bào tạo thành khối u não ác tính?
Virút Zika có thể tiêu diệt các tế bào tạo thành khối u não ác tính?

(Dân trí) - Cuộc nghiên cứu của các nhà khoa học Brazil từ Đại học São Paulo (Universidade de São Paulo - USP) đã dẫn đến một phát hiện quan trọng cho thấy rằng, virút Zika có thể tiêu diệt các tế bào tạo thành khối u não ác tính.

Chủ nhật, 13/05/2018 - 07:02

ĐÁNG QUAN TÂM
Thay đổi quan niệm về lưu trữ ký ức
Thay đổi quan niệm về lưu trữ ký ức

(Dân trí) - Một nhóm nghiên cứu của Mỹ và Nhật Bản đã phát hiện ra rằng bộ não "tăng gấp đôi" bằng cách đồng thời tạo ra hai dạng ký ức về các sự kiện. Một ký ức dành cho hiện tại, và một ký ức dành cho những khoảnh khắc khác trong đời.

Chủ nhật, 13/05/2018 - 06:37

Màng xử lý nước thải hiệu quả và thu hồi tài nguyên quý giá
Màng xử lý nước thải hiệu quả và thu hồi tài nguyên quý giá

(Dân trí) - Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Purdue và Đại học Notre Dame đã chế tạo được loại màng mới từ khối polymer. Màng này có kích thước lỗ giống nhau và tùy chỉnh để lọc hoặc thu hồi các chất đặc biệt từ nước thải. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Clean Water.

Chủ nhật, 13/05/2018 - 06:28

Các nhà vật lý Mỹ đã tạo ra "nắp tàng hình" cho tàu ngầm
Các nhà vật lý Mỹ đã tạo ra "nắp tàng hình" cho tàu ngầm

(Dân trí) - Các nhà vật lý và kỹ sư người Mỹ đã phát triển một siêu vật liệu làm cho bất kỳ vật thể dưới nước nào trở nên "trong suốt" đối với sóng âm thanh và vô hình đối với sonars. Họ giới thiệu phát triển của mình tại cuộc họp thường niên của Hiệp hội âm học Mỹ ở Washington.

Thứ bảy, 12/05/2018 - 04:38

Năm 2020, NASA đưa máy bay trực thăng không người lái lên sao Hỏa
Năm 2020, NASA đưa máy bay trực thăng không người lái lên sao Hỏa

Cơ quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) ngày 11/5 thông báo kế hoạch đưa chiếc máy bay trực thăng không người lái phiên bản thu nhỏ đầu tiên "The Mars Helicopter" lên sao Hỏa vào năm 2020 để giúp các nhà khoa học nghiên cứu sâu hơn về "Hành tinh Đỏ".

Thứ bảy, 12/05/2018 - 04:29

Khí quyển Trái Đất nặng bao nhiêu cân?
Khí quyển Trái Đất nặng bao nhiêu cân?

(Dân trí) - Đã bao giờ bạn thắc mắc rằng, nếu đặt toàn bộ bầu khí quyển của Trái Đất lên một chiếc cân đặc biệt thì kết quả nhận được sẽ là bao nhiêu? Dám chắc đáp án được tiết lộ trong bài viết dưới đây sẽ khiến không ít người phải ngạc nhiên!

Thứ bảy, 12/05/2018 - 04:14

Bí mật giúp tháp nghiêng Pisa trụ vững trước động đất suốt 800 năm
Bí mật giúp tháp nghiêng Pisa trụ vững trước động đất suốt 800 năm

Các nhà khoa học mới đây đã giải mã thành công bí quyết giúp tháp nghiêng Pisa cao 58 mét, nghiêng một góc 5,5 độ ở Italia nhưng vẫn trụ vững trước hàng loạt trận động đất trong 800 năm qua.

Thứ bảy, 12/05/2018 - 08:27

Núi lửa Kilauea ở Hawaii phun trào: Tiềm ẩn những mối đe dọa mới!
Núi lửa Kilauea ở Hawaii phun trào: Tiềm ẩn những mối đe dọa mới!

(Dân trí) - Núi lửa Kilauea trên đảo Hawaii phun trào suốt tuần qua khiến cho gần 2.000 người phải sơ tán. Lúc này một mối đe dọa mới đang tới gần: Đó là những vụ nổ như hung thần.

Thứ bảy, 12/05/2018 - 06:24

“Độc đáo” ý tưởng sản xuất đồ nội thất từ đồ chơi cũ của trẻ em
“Độc đáo” ý tưởng sản xuất đồ nội thất từ đồ chơi cũ của trẻ em

(Dân trí) - Thay vì vứt bỏ những món đồ chơi bằng nhựa cũ của trẻ con, một công ty ở Bỉ đã nghĩ ra ý tưởng thu gom và tái chế chúng thành các món đồ nội thất. Dám chắc rằng, bạn sẽ phải ngạc nhiên với chất lượng của những sản phẩm mà họ có thể làm ra từ thứ sắp bị cho vào thùng rác này!

Thứ bảy, 12/05/2018 - 06:15

“Khó tin” hệ thống đèn đường không sử dụng năng lượng
“Khó tin” hệ thống đèn đường không sử dụng năng lượng

(Dân trí) - Bạn nghĩ sao về một hệ thống chiếu sáng đường cao tốc có thể vận hành mà không cần sử dụng một chút năng lượng nào? Ý tưởng ngỡ như chỉ có ở tương lai này, trên thực tế, đã được người Hà Lan hiện thực hóa.

Thứ bảy, 12/05/2018 - 06:13

Phát hiện cơn sóng 'quái vật' cao gần 24m tại Nam bán cầu
Phát hiện cơn sóng 'quái vật' cao gần 24m tại Nam bán cầu

Các nhà khoa học New Zealand ngày 11/5 cho biết vừa ghi nhận một cơn sóng "quái vật" được cho là lớn nhất từ trước đến nay ở Nam bán cầu với độ cao lên tới 23,8m, tương đương một tòa nhà 8 tầng.

Thứ sáu, 11/05/2018 - 09:00

Dưới góc độ khoa học thói quen nào tốt nhất nên thực hiện vào ban đêm?
Dưới góc độ khoa học thói quen nào tốt nhất nên thực hiện vào ban đêm?

(Dân trí) - Điều đáng ngạc nhiên là những thói quen thường ngày mà chúng ta hay làm vào buổi sáng như: đi bộ, học thuộc hay tập yoga, dưới góc độ khoa học, lại hiệu quả hơn khi thực hiện vào ban đêm.

Thứ sáu, 11/05/2018 - 10:18

Phát hiện một tiểu hành tinh nằm ngoài Hệ Mặt Trời
Phát hiện một tiểu hành tinh nằm ngoài Hệ Mặt Trời

Các nhà thiên văn học đã phát hiện một tiểu hành tinh nằm ngoài Hệ Mặt Trời thông qua các thiết bị, kính viễn vọng cỡ lớn đặt tại đài quan sát trên núi Cerro Paranal, cách thủ đô Santiago của Chile 1.200 km về phía Bắc.

Thứ sáu, 11/05/2018 - 06:21