Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm động cơ đẩy phản lực (JPL), NASA đang hoàn thiện công nghệ bám dính lấy cảm hứng từ chân loài tắc kè để giúp các phi hành gia có thể hoạt động dễ dàng hơn trong môi trường không trọng lực.
Chân tắc kè truyền cảm hứng để NASA nghiên cứu công cụ bám dính trên vũ trụ
Công nghệ này sắp sửa được trang bị trên Trạm vũ trụ quốc tế ISS, bao gồm cả bề mặt trong và ngoài của trạm cũng như các cánh tay robot, công cụ dành cho phi hành gia,…
Sống và làm việc trên vũ trụ không hề đơn giản như bên dưới Trái Đất. Tất cả mọi thứ đều trôi nổi bồng bềnh và các phi hành gia phải được trang bị hàng tá công cụ hỗ trợ cả cố định lẫn di động để giúp họ đu, bám chặt, tránh bị va chạm, tổn thương. Nhằm khác phục điều này, các nhà khoa học của NASA đã tìm đến một cơ chế sinh học ở loài tắc kè và dựa vào đó để tạo ra thế hệ công cụ mới, linh hoạt và dễ thao tác hơn trong điều kiện không trọng lực.
Hình ảnh chân tắc kè – nơi có hàng triệu sợi lông nhỏ sinh ra lực điện Van der Waals giúp tắc kè
Quá trình tiến hóa đã giúp tắc kè sở hữu được bàn chân đặc biệt, giúp nó có khả năng leo trèo một cách dễ dàng dù đó là bề mặt nào. Bề mặt bàn chân của tắc kè có hàng triệu sợi lông siêu nhỏ để kẹp chặt vào một bề mặt, vật thể nào đó. Lực giúp tắc kè bám dính được gọi Van der Waals – một lực khá độc đáo trong vật lý. Lực này được hình thành khi các electron phân bố không đều khi quay quanh hạt nhân của một nguyên tử, từ đó tạo ra một điện trường với 2 cực âm và dương. Lúc này, điện trường này sẽ hút lấy các phân tử gần đó, hình thành nên hệ thống kết dính tạm thời giữa chân tắc kè và bất cứ bề mặt nào mà nó chạm vào.
Bằng cách tạo ra một loại bề mặt vật liệu có hàng triệu “sợi lông” với kích thước mỗi sợi nhỏ hơn tóc người, các nhà khoa học tại JPL có thể mô phỏng cơ chế bám dính bằng lực Van der Waals ở loài tắc kè. Kết quả cuối cùng, họ có một công cụ vừa có khả năng bám dính mạnh, lại vừa linh hoạt, tiện dùng mà không đòi hỏi quá nhiều công nghệ phức tạp.
Nguyên mẫu vật liệu bám dính trong một thử nghiệm
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đã tạo nên những nguyên mẫu ban đầu của bề mặt vật liệu nói trên với kích thước lần lượt 2.5 x 10 cm, 5 x 15 cm và 7.6 x 20 cm. Các thử nghiệm trong điều kiện mô phỏng không trọng lực dưới Trái Đất đều cho kết quả hết sức khả quan: nó có thể níu giữ được một vậy thể nặng 10 kg và một người nặng khoảng 100 kg. Mỗi miếng có thể được sử dụng tới 30.000 lần và chịu được những điều kiện nhiều điều kiện khắc nhiệt khác nhau.
Theo kế hoạch, nhóm nghiên cứu sẽ trang bị vật liệu này cho các robot sửa chữa, bảo trì trên ISS trong các sứ mạng sắp tới. Chưa dừng lại ở đó, nhóm nghiên cứu còn muốn mở rộng khả năng áp dụng của công nghệ này. Điển hình như có thể tạo ra một bề mặt với kích thước lớn để “bắt” các mẫu rác thải trong không gian.