Gửi bình luận
Tiến bộ của con người luôn phụ thuộc vào khả năng lưu trữ và giải phóng năng lượng hiệu quả. Lò xo, bộ đệm, vật liệu giảm chấn cung cấp năng lượng cho mọi thứ, từ máy móc công nghiệp đến tay chân robot.
Giờ đây, một bước đột phá từ Viện Công nghệ Karlsruhe (KIT) của Đức hứa hẹn đưa công nghệ lưu trữ năng lượng lên tầm cao mới. Họ phát triển được siêu vật liệu cơ học với cấu trúc được thiết kế nhân tạo, có khả năng lưu trữ và giải phóng năng lượng đàn hồi hiệu quả hơn bao giờ hết.
Cấu trúc gồm các thanh xoắn biến dạng theo hình xoắn ốc, cho phép chúng hấp thụ rồi giải phóng lượng lớn năng lượng. Nhờ thiết kế độc đáo này mà nhóm nghiên cứu tạo ra vật liệu vừa cứng vừa bền, lại linh hoạt.
Siêu vật liệu cơ học
Siêu vật liệu là vật liệu được thiết kế đặc biệt để có đặc tính không tồn tại ngoài tự nhiên. Giới khoa học tạo ra chúng bằng cách sắp xếp chính xác thành phần cấu trúc nhỏ nhằm đem lại đặc tính cơ học tăng cường.
Trong trường hợp này, nhóm KIT phát triển siêu vật liệu mới từ nhiều thanh tròn bị xoắn chặt và sắp xếp theo kiểu mẫu cụ thể.
Thông thường khi lò xo uốn cong, sức căng tích tụ ở phần trên cùng lẫn phần dưới cùng của lò xo dẫn đến gãy hoặc biến dạng vĩnh viễn. Nhưng xoắn thay vì uốn cong sẽ phân bổ sức căng đều hơn trên bề mặt, nên có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn mà không bị hư hại. Giáo sư cơ học vật liệu Peter Gumbsch của KIT cho biết: “Khó khăn nằm ở chỗ tích hợp loạt đặc tính xung đột như độ cứng cao, độ bền cao, biến dạng mà vẫn phục hồi được”.
Bằng cách cẩn thận sắp xếp nhiều thanh xoắn thành mạng lưới có cấu trúc, nhóm KIT thành công tạo ra vật liệu lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong khi vẫn bền và cứng.
Tất cả bắt đầu từ phát hiện về một cơ chế lưu trữ năng lượng. Sau đó họ dùng mô phỏng máy tính dự đoán, cuối cùng tiến hành thử nghiệm để xác nhận khả năng lưu trữ của siêu vật liệu mới cao hơn 2 - 160 lần so với các siêu vật liệu đã biết khác.
Tiềm năng ứng dụng
Giáo sư Gumbsch tin tưởng siêu vật liệu mới có thể được ứng dụng ở bất cứ lĩnh vực nào đòi hỏi khả năng lưu trữ năng lượng hiệu quả cùng đặc tính cơ học đặc biệt.
Với vật liệu này, robot có thể linh hoạt và bền bỉ hơn, máy móc có thể tiết kiệm năng lượng cũng như giải phóng chúng hiệu quả, qua đó nâng cao hiệu suất tổng thể.
Một tiềm năng ứng dụng đáng chú ý là sử dụng cơ chế xoắn bên trong siêu vật liệu để tạo ra khớp hoàn toàn đàn hồi, loại bỏ bản lề truyền thống, đồng thời cải thiện chuyển động của tay chân robot hay khung xương robot.
