Những ý tưởng năng lượng từ thiên nhiên

Trong quá trình phát minh ra những kỹ thuật tiên tiến, đôi khi các nhà khoa học phải vay mượn ý tưởng từ thiên nhiên. Và như thế, người ta có tàu tốc hành giống chim bói cá, chiếc khóa velcro có cấu trúc như trái ngưu bàng hay Keo có những đặc tính như tắc kè.

1. Trái ngưu bàng và Velcro

Trong một chuyến đi săn trong dãy núi Alps vào năm 1941, con chó của kỹ sư Thụy Sĩ Georges de Mestral phủ đầy lông của trái ngưu bàng. Mestral đã quan sát những lông đó và đặt chúng dưới kính hiển vi. Ông đã phát hiện ra trái ngưu bàng được bao phủ bởi vô số những chiếc móc nhỏ và một khi gặp những vật cản chiếc vòng bao lấy sợi vải hay lông chó. Do những chiếc móc đều mềm mại, nên chỉ cần kéo nhẹ là chúng tạm thời biến đổi hình dáng để giải phóng sợi vải hay lông. Móc trở lại hình dạng ban đầu, chuẩn bị cho một lần bám dính mới.

Sau nhiều năm thử nghiệm, ông đã nghĩ ra loại khóa Velcro và kiếm được 2,7 triệu USD trong tháng 10 năm 1952. Velcro trở thành đối thủ cạnh tranh nguy hiểm với loại khóa Éclair, bởi người sử dụng chỉ cần chập hai ruban lại là chúng dính vào nhau mà không cần chỉnh sửa chính xác. Tương tự, chỉ cần kéo nhẹ một cái là chúng tách rời ra. Về cái tên Velcro, đơn giản đó là sự ghép lại của hai từ tiếng Pháp “velour” (nhung: loại vải với những vòng tròn nhỏ trên bề mặt) và “crochet” (móc).

2. Chim bói cá và Tàu tốc hành

Để khắc phục tiếng ồn khủng khiếp phát sinh khi chiếc tàu điện siêu tốc (Nhật) trồi từ đường hầm lên mặt đất. Năm 1990, Eiji Nakatsu- kỹ sư của công ty đường sắt Nhật Bản đã lấy cảm hứng từ chim bói cá lao về phía trước rất nhanh và rất êm để tìm kiếm thức ăn. Sau khi quan sát và đã đưa ra một thiết kế đầu tàu nhọn mô phỏng cái mỏ dài và nhọn của loài chim và ứng dụng này đã giải quyết tốt vấn đề tiếng ồn, đồng thời ứng dụng này còn giúp tàu giảm điện năng sử dụng và cho phép tốc độ nhanh hơn.

3. Thuyền và da cá nhám

Các loài cá nhám lớn trên biển to và nặng nhưng chúng di chuyển rất nhanh, chính vì thế các nhà khoa học tìm hiểu các chức năng độc đáo của da cá dưới mẫu kính hiển vi và họ phát hiện ra một chất và được đặt tên là riblets, chất này sẽ giúp giảm lực kéo, giúp cá di chuyển nhanh chóng và dễ dàng.

Các nhà khoa học của NASA sao chép các mô hình này để và tạo ra mô hình giúp giảm sức cản của nước. Riblets sẽ được quét lên một màng mỏng phủ trên thân tàu và chiếc tàu mang tên Stars và Stripes đã di chuyển nhanh hơn trong cuộc thi Olympic Mỹ.

Các ứng dụng này còn giúp máy bay, tàu thuyền và cối xay gió giảm lực cản và bảo tồn năng lượng. Ngoài ra, ứng dụng này còn được áp dụng làm cho bề mặt vật liệu cho các bệnh viện, nhà bếp nhà hàng, nhà tắm công cộng và những nơi khác, có thể dễ dàng lau chùi sạch sẽ.

4. Nước và hệ thống kênh rạch trong màng tế bào

Peter Agre là nhà khoa học của Đại học Y khoa Johns Hopkins ở Baltimore đã giành được giải Nobel Hóa học năm 2003. Thành tựu lớn nhất của ông là xây dựng hệ thống kênh rạch trong màng tế bào. Hội đồng trao giải đã ca ngợi phát hiện là "có một ý nghĩa quan trọng trong việc mang đến hiểu biết cho con người về nhiều loại bệnh tật". Họ đã làm sáng tỏ việc muối và nước được luân chuyển như thế nào trong các tế bào của cơ thể.

5. Cá và xe

Hãng xe hơi Mercedes-Benz lại nhờ cậy loài cá nắp hòm (boxfish) trong ý tưởng chế tạo mẫu xe phỏng sinh học của mình. Các nhà nghiên cứu đã quan sát hình dáng của loài cá này và nhận ra rằng thân mình chúng có các đặc điểm khí động học nổi bật và họ đã quyết định áp dụng các ưu điểm này vào thiết kế mẫu xe hơi này. Kết quả là một chiếc xe có dáng thuôn khí động hoạt động rất hiệu quả với hệ số lực cản thấp hơn 65% so với các mẫu xe hơi cùng thời 2005.

6. Tổ ong và lưới điện

Tổ ong chằng chịt vào nhau nhìn tưởng như lộn xộn nhưng rất khoa học, chính vì thế con người đã ứng dụng cách sắp sếp đó vào hệ thống lưới điện phức tạp.

7. Vây cá với gió

Bằng các quan sát của mình, tiến sĩ Frank Fish (chủ tịch hãng WhalePower) nhận thấy loài cá voi lưng gù rất nhanh nhẹn và linh hoạt mặc dù chúng có kích thước cơ thể rất lớn.

Bằng cách nghiên cứu cấu tạo chân chèo, vây cũng như đuôi của chúng, nhóm nghiên cứu của ông đã phát hiện một số đặc tính về cấu trúc của chúng mâu thuẫn với các lý thuyết kỹ thuật lâu đời. Ông đã áp dụng các phát hiện này vào việc thiết kế một loại cánh quạt cho các tua bin gió hoạt động trên biển. Thiết kế lấy cảm hứng từ loài cá voi lưng gù này có hiệu hoạt động suất cao hơn, chạy êm hơn và có thể chống chọi tốt hơn trong điều kiện thời tiết xấu.

8. Water Cube- Trung tâm Bơi lội Quốc gia Bắc Kinh

Khi Trung Quốc tổ chức Thế vận hội Bắc Kinh năm 2008, Trung tâm Bơi lội Quốc gia Bắc Kinh, thường được gọi là Water Cube đã chinh phục thế giới với những công trình kiến trúc độc đáo. Lấy cảm hứng từ hình ảnh tuyệt đẹp của những bong bóng nước xà phòng tạo cho nó một cảm giác giống tự nhiên.

Mỗi bong bóng là một chiếc gối bằng nhựa gồ ghề, các bong bóng dày 0,008 inch, sử dụng sức nóng của mặt trời để làm nóng hồ bơi. Nó cũng dễ dàng để làm sạch, khi trời mưa, bụi bẩn từ sẽ dễ dàng cuốn trôi.

9. Tắc kè và Keo

Tắc kè có khả năng di chuyển dễ dàng trên đất cũng như trên tường và trần nhà: chân của chúng bám dính bề mặt nhờ những sợi lông cực nhỏ ở các đầu ngón chân. Mỗi sợi lông với đường kính 5 micron được phủ bởi hàng trăm sợi lông nano với đường kính 200 nanomét (nhỏ gấp 250 lần một sợi tóc người). Loài động vật này có vô số những “giác mút” nano cho phép chúng bám dính vào bất cứ bề mặt nào.

Nhưng một khi xuống nước, tắc kè hầu như mất khả năng bám dính, như trường hợp các loại keo ở môi trường ẩm hoặc các loại băng cá nhân không còn bám dính sau khi thấm nước. Một nhóm nghiên cứu của Đại học Massachusetts đã nghiên cứu đã phát triển chất kết dính rất mạnh có thể nặng đến 700 kg.

10. Mạng nhện và kính

Những mạng lưới côn trùng tinh tế như tơ nhện đặc biệt phản ứng tốt với các tia cực tím vì chim có thể nhận thấy các tia cựa tím khi bay và né xa những mạng nhện, vì thế các kỹ sư đã ứng dụng các tính năng này của tơ nhện vào để sản xuất kính, việc này có thể giúp các loài chim tránh va chạm vào các tòa nhà thủy tinh.

11.Chuyển động nước và Tua-bin gió

Nhìn những chuyển động của các loài cá dưới nước tạo thành hình vòng các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một giải pháp dưới nước nhằm tối ưu hóa cho năng lượng gió. Nhóm nghiên cứu công nghệ sinh học của giáo sư John Dabiri đã học được ý tưởng thiết kế sắp xếp tốt hơn các tua-bin gió từ cách sắp xếp của loài cá nhằm tận dụng lợi thế của hành vi của gió.

12. Đom đóm và bóng đèn

Nhìn ánh sáng phát ra từ cơ thể của đom đóm các nhà nghiên cứu đã xây dựng và phát triển dựa trên một diode phát sán