Thế hệ vật liệu 3S cho tương lai

Nhờ tiến bộ khoa học công nghệ, trong tương lai con người sẽ sản xuất nhiều vật liệu mới đạt được những tiêu chí như mong đợi, trong đó có tiêu chí 3S (siêu thông minh, siêu an toàn và siêu khỏe).

1. Tơ siêu bền

 Dự kiến đến năm 2030 con người sẽ sản xuất được loại tơ siêu bền, có thể dùng cho lĩnh vực chữa bệnh, hoặc sản xuất áo chống đạn hoặc cho rất nhiều lĩnh vực khác. Sản phẩm này được đi từ dự án của các chuyên gia Viện công nghệ Massachussetts Mỹ (MIT) nghiên cứu thực hiện, cấy ghép gen sản xuất tơ của loài nhện vào cho loài dê. Đây là những con dê chuyển gen, mang theo các protein sản xuất tơ của nhện. Sản phẩm có độ bền cao, có thể kéo căng gấp 100 lần dây chằng trong cơ thể con người và khỏe gấp 20 lần dây chằng của cơ thể. Ngoài việc dùng để sản xuất tơ, loại vật liệu này có thể pha thêm hóa chất để sản xuất miếng vá xương, khắc phục tình trạng gãy, giòn xương ở con người.

2. Da điện tử

Da không chỉ để bảo vệ cơ thể mà còn làm nhiệm vụ truyền tải cảm giác, tuy nhiên đây cũng là vật liệu khan hiếm và rất hạn chế. Để khắc phục tình trạng thiếu hụt da, các chuyên gia ĐH Illinois (Mỹ) mới đây đã tạo thành công da điện tử, trong đó có chứa các mạch siêu nhỏ và siêu đàn hồi có thể vá trên những vị trí mất da của cơ thể. Nó có thể chuyển đổi áp lực thành các tín hiệu điện. Hệ thống mạch siêu nhỏ này được kết hợp với loại gel mềm và các loại dịch cần thiết, có tác dụng lưu giữ điện năng cuối cùng tạo ra một loại da điện tử dùng cho mục đích chữa bệnh. Trước mắt loại da này được dùng cho các thiết bị phi con người như rôbốt, hay các loại thiết bị khác cần đến vật liệu da để bọc ngoài.

3. Lò phản ứng hạt nhân siêu an toàn

Phải nói ngay rằng điện hạt nhân mang lại rất nhiều lợi ích cho con người nhưng mặt trái của nó cũng không hề nhỏ. Lịch sử đã chứng kiến nhiều vụ thảm họa điện hạt nhân kinh hoàng gây ô nhiễm môi trường, nhất là khi những nguyên nhân gây sự cố lại vượt quá tầm kiểm soát của con người. Để khắc phục tình trạng này, các chuyên gia ở Trung tâm nghiên cứu phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos của Mỹ hiện đang nghiên cứu cho ra đời một vật liệu nanolaminate có khả năng bảo toàn, chống sự cố cho các lò phản ứng trong các nhà máy điện hạt nhân. Sở dĩ có độ bền, an toàn cao là do các giao diện giữa các lớp kim loại của vật liệu này có thể khử các sự cố gây bức xạ, nhất là sự cố làm cho vật liệu bức xạ bị giòn và dễ hư hỏng. Trong tương lai vật liệu nanolaminate nói trên sẽ được đưa vào bên trong cấu trúc thép để thay cho các chi tiết mau mòn, mau hỏng của các nhà máy điện hạt nhân. Ngoài ra, các loại vật liệu dùng để chế tạo máy bay cũng được phủ nanolaminate để tăng tính an toàn chống lại bức xạ vũ trụ hay bức xạ dưới đáy  đại dương sâu thẳm.

4. Sản xuất điện năng từ virút

Trung tâm phòng thí nghiệm quốc gia Mỹ Lawrince Berkeley (LBNL) đã dùng một loại virút chuyển gen để tự nó tạo ra một cấu trúc màng, khi tác động áp lực vào màng này thì protein xoắn ốc có trên vỏ bọc của virút sẽ xoay tròn và xoắn lại, tạo ra dòng điện. Một miếng vật liệu áp điện tương đương một con tem sản xuất từ virút sẽ sản sinh được khoảng 400millivolt điện năng, đủ để cấp điện cho màn hình LCD. Tương lai, loại màng này có thể được dùng để sản xuất điện năng từ các hoạt động "rung lắc" có trong tự nhiên và có trong cơ thể người.

5. Bệnh viện không có vi trùng gây bệnh

Các chuyên gia ở ĐH Harvard (Mỹ) mới đây đã tìm ra cách chặn đứng các chất gây bệnh phát triển trên các thiết bị y tế nhờ công nghệ SLIPS (SLIPS (slippery liquid-infused porous surfaces), tạm dịch: Bề mặt xốp thẩm thấu dịch lỏng. Đây là vật liệu mới được lấy cảm hứng từ cơ chế tự phục hồi năng động trong tự nhiên, nhất là màng chất lỏng của đôi mắt người. Loại vật liệu mới này có tác dụng "thu gom" môi chất gây bệnh, làm cho những thiết bị y học dùng trong bệnh viện được tiệt trùng ở mức cao nhất, không lan truyền bệnh cho con người.

6. Vải thông minh

Cho đến nay con người đã sản xuất được nhiều loại vải chịu được mưa nắng, gió tuyết và những tác động khác của môi trường nhưng chưa hề có loại vải thông minh nào được đưa ra thương phẩm trên quy mô lớn. Một nhóm chuyên gia ở ĐH Pittsburg Mỹ (UOP) do kỹ sư Anne Balaz đứng đầu hiện đang bắt tay vào thực hiện dự án táo bạo để hai thập kỷ tới cho ra đời loại trang phục làm được mọi nhiệm vụ theo ý định chủ quan của con người. Loại trang phục này được cắt may từ loại vật liệu do UOP và ĐH Harvard phối hợp nghiên cứu, nó có khả năng điều chỉnh nhiệt độ để giúp cơ thể mát mùa hè và ấm mùa đông mà không cần phải thêm các trang phục tăng cường như hiện nay. Cấu trúc loại vải này bao gồm một loại hóa chất đặc biệt và một chu trình phản hồi được cài đặt trong vải giúp nó tạo ra phản ứng sinh nhiệt nhằm điều chỉnh nhiệt độ cho phù hợp. Ngoài ra nó còn có khả năng tự điều chỉnh các thông số cho hợp với sự hoạt động của cơ thể, nhiệt độ môi trường, ánh sáng thậm chí cả hàm lượng đường trong máu. Vì vậy nó được xem là loại vải thông minh nhất trong tương lai.

7. Máy tính tự sửa chữa sự cố

Mạch tích hợp là động lực tạo ra thời đại số, nhưng chính mạch tích hợp lại tồn tại những bất hợp lý, phát sinh những sự cố gây thiệt hại vật chất rất lớn. Để khắc phục nhược điểm này, nhóm chuyên gia ở ĐH Illinois Mỹ hiện đang nghiên cứu sản xuất một loại sơn có khả năng làm hồi sinh các mạch bị chết trong thời gian siêu nhanh không quá 1/1000 giây. Nữ kỹ sư Nacy Sottos chủ nhiệm đề tài nghiên cứu nói trên ở UOI cho biết, nhóm đề tài đã dùng  dây dẫn mạ vàng mang theo các viên nang cực nhỏ có chứa kim loại dịch lỏng, khi dây dẫn được kích hoạt, nang cực nhỏ nói trên vỡ ra, dịch kim loại lấp đầy các khe nứt, phục hồi khả năng dẫn điện của các mạch bị chết làm cho máy hoạt động trở lại. Trong vòng 5-10 năm tới các loại dịch tự sửa nói trên sẽ được dùng cho tất cả các dây dẫn phối lắp trong các chi tiết của bảng mạch và tạo ra những thế hệ máy tính, thiết bị điện tử có thể tự sửa mà không cần phải đem đi sửa chữa.

Khắc Nam (Theo PS- 6-2013)