Có thể bạn không nghĩ rằng những chiếc răng trong miệng bạn có rất nhiều điểm chung với những chiếc nanh khổng lồ mà bạn có thể tìm thấy trong hộp sọ của một “em” T-rex. Nhưng ở cấp độ vi mô, cấu trúc nền tảng của men răng đã không có sự thay đổi nhiều qua các thời kỳ. Vì vậy mà các nhà khoa học lại một lần nữa, sao chép thiết kế của tự nhiên để ứng dụng trong đời sống con người - lần này là để cải thiện sức mạnh và mức độ an toàn của máy bay.

Cấu trúc của răng ở mức độ vi mô

Điều gì đã khiến cho men răng đặc biệt như vậy?

Hãy cùng điểm lại những đặc điểm có ở răng; đó là chúng phải đủ cứng để nhai và xé thức ăn, nhưng chúng cũng có thể chịu được sự rung động trong nhiều thập niên từ hoạt động nhai hay đơn giản là việc đi bộ, mà không hề bị nứt vỡ. Hầu hết các loại vật liệu nhân tạo chỉ được thiết kế để có một trong hai tính năng này: đủ cứng hoặc chịu được rung động. Kim loại thì cứng, nhưng nó sẽ phát triển các vết nứt theo thời gian, trong khi đó cao su lại có thể dễ dàng hấp thụ được rung động, nhưng chúng đều không phải loại vật liệu tốt nhất để lắp ráp máy bay.

Ở mức độ vi mô, men răng được tạo nên từ những tinh thể ceramic cứng dạng cột và được bao quanh bởi các protein hữu cơ mềm. Khi có áp lức đặt lên chiếc răng từ việc cắn hoặc nhai, những cột này bị nén xuống và uốn cong, nhưng nhờ sự tiếp xúc với các protein hữu cơ mềm đã giúp hấp thụ năng lượng dư thừa, nếu không được hấp thụ chúng có thể gây hư hại cho cấu trúc răng. Đó là thiết kế của tự nhiên có từ thời loài khủng long cai trị Trái Đất và còn tiếp diễn cho đến nay, vì vậy mà “copy” nó là hoàn toàn hợp lý.

Nicholas Kotov, một giáo sư kỹ thuật hóa học tại Đại học Kỹ thuật Michigan, người đã sớm nghiên cứu để xem những thay đổi nhỏ của men răng đã diễn ra như thế nào qua thời gian tiến hóa. Và Bongjun Yeom, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ, đã cùng nhau tạo ra một phiên bản nhân tạo của loại vật liệu có tính đàn hồi tương tự. Thay vì những tinh thể ceramic và protein hữu cơ mềm, loại men được họ tạo ra có thành phần từ những dây nano oxit kẽm được bao quanh bởi vật liệu polyme mềm.

Sử dụng dây nano để chế tạo vật liệu có tính chất như men răng

Loại men răng nhân tạo này có thể trở thành kẻ đi đầu đầu trong sự phát triển những vật liệu có thể thay thế tốt hơn kim loại được sử dụng làm thân máy bay và khung gầm ô tô hiện nay. Loại men răng “giả” này không chỉ nhẹ hơn, mà các nhà nghiên cứu còn nói rằng nó chịu được rung động liên tục, áp lực lớn, không bị nứt... Đó là tất cả những điều bạn cần ở độ cao 9.000 m.

Loại vật liệu mới này cũng có thể được sử dụng trong các thiết bị điện tử, đặc biệt là trong phi cơ và tên lửa, những thứ phải chịu rung động và lực G cực lớn (thậm chí còn rung mạnh hơn cả chiếc iPhone nằm trong túi quần bạn). Nhưng Kotov và nhóm của ông vẫn cần tìm cách để có thể sản xuất hàng loạt loại vật liệu này.

Để sản xuất loại men răng nhân tạo này, dù chỉ là theo mẫu hiện tại, cũng đã cực kỳ tốn thời gian. Bốn mươi lớp, được làm lần lượt, và độ dài yêu cầu là chỉ vài micromet (bằng một phần ngàn của milimet). Đó mới chỉ là một ví dụ trong quá trình tạo nên loại men “giả” này. Để có đủ vật liệu cho chế tạo một chiếc máy bay sẽ mất hàng năm trời, khiến nó trở nên vô cùng tốn kém ngay cả trong những điều kiện thuận lợi nhất. Nhưng đây mới chỉ là bước đầu tiên, hi vọng quá trình sản xuất sẽ được cải thiện trong tương lai gần.

Tham khảo Gizmodo

Loại vật liệu mới được chứng minh đạt đến giới hạn của độ cứng, lại vô cùng nhẹ

Nguyễn Tuấn Tài