Hải Miên-Bậc thầy của kỹ sư xây dựng

 (theo vnexpress)

Muốn có những tấm kính bền nhất, bạn hãy học hải miên dưới đáy biển. Một vài loài hải miên có bộ xương mềm oặt, nhưng số khác lại chế tác những cái lồng thuỷ tinh khiến các nhà khoa học vật liệu phải ngỡ ngàng. Chúng là ý tưởng để từ đó ra đời các vật liệu phỏng sinh học.

Theo một nghiên cứu đây do AAAS, Hiệp hội khoa học phi lợi nhuận, công bố trên Science, những chiếc lồng thuỷ tinh này có ít nhất 7 cấp cấu trúc, nhiều cấp trong số đó tuân thủ những nguyên tắc cơ bản của kỹ thuật cơ khí.

Tác giả Joanna Aizenberg, từ Phòng thí nghiệm Bell/Lucent Technologies, ở Murray Hill, New Jersey, Mỹ, cho biết hải miên "kính" sử dụng nhiều nguyên lý cơ khí cơ bản để biến thứ thủy tinh giòn thành một vật liệu xây dựng vững chắc. Những dạng kết cấu như xi măng được gia cường bằng sợi, các xà dọc và xà chéo chạy nghiêng một góc 45 độ để đỡ cho những cột thẳng đứng đều có thể nhìn thấy cả trong những công trình hiện đại lẫn bộ xương kính của hải miên.

Những lồng kính như vậy được xây cao từ 20 đến 30 cm trên đáy biển. Song điều đáng nói là chúng được làm từ những "thanh" thuỷ tinh hình kim có đường kính chỉ từ 10 đến 100 phần triệu mét, và phức tạp hơn nhiều so với thanh thuỷ tinh thông thường. Một thanh thủy tinh của hải miên gồm các lớp kính và lớp keo xen kẽ nhau. Mỗi lớp kính được cấu thành từ các hạt kính lỏng còn nhỏ hơn nữa, có thể tới phần tỷ mét. Các lớp keo giúp tăng cường sức bền cho toàn bộ khung xương bằng cách ngăn ngừa các đứt gãy lan truyền từ lớp kính này sang lớp kính khác.

Thiết kế của hải miên Venus' Flower Basket chứa những công thức xây dựng cơ bản được dùng trong cơ khí và dân dụng, nhưng ở quy mô nhỏ hơn 1.000 lần. Trong bức ảnh này, cấu trúc được so sánh với Tháp Swiss ở London, khách sạn De Las Artes ở Barcelona và cấu trúc chi tiết của tháp Eiffel ở Paris.

"Bạn có thể uốn cong, vặn xoắn mà chúng không gãy, vì năng lượng mà bạn đặt vào đã bị tiêu tan trong lớp keo", Aizenberg mô tả độ dẻo dai của một số sợi thuỷ tinh. Những sợi thuỷ tinh này được bó lại và gắn kết với nhau, tạo ra bó thủy tinh gia cường bền vững hơn mỗi sợi đơn lẻ. Chúng được dệt theo chiều thẳng đứng và chiều ngang để tạo ra các lưới kính, cuốn lại theo hình trụ với miệng khép kín.

Một số chỗ được gia cố bằng những bó sợi chéo, giúp hải miên có được bộ khung khoẻ nhất mà chi phí ít nhất. Nhóm nghiên cứu nhận thấy số lượng và vị trí đặt các sợi chéo này vừa khít với một công thức mà các kỹ sư thường dùng để tính toán lượng vật liệu gia cố cần thiết tối thiểu để đạt được độ ổn định tối đa.

"Hải miên sử dụng chính xác những gì cần thiết, không thừa chút nào", Aizenberg nhận định.

Vị trí cắt nhau của các bó sợi được củng cố bằng chất kết dính thủy tinh. Ngoài ra, bộ khung kính này được bọc trong những dải bề mặt xoắn, giúp bảo vệ nó khỏi bị ép giống như một cái hộp soda rỗng. Sau cùng, hải miên neo mình xuống lớp trầm tích mềm của đáy biển theo một cách thức khiến chúng không dễ gì bị gẫy dưới áp lực và sức căng của các dòng hải lưu.

"Thật ấn tượng về số lượng những nguyên lý cơ khí cơ bản mà hải miên sử dụng trong việc xây dựng bộ xương của mình", James Weaver, từ Đại học California ở Santa Barbara nhận xét.

Bằng cách nào những cái lồng hình trụ phức tạp này được tạo ra vẫn còn là một bí ẩn.

Hải miên là một nhóm động vật rất cổ, mà "dấu chân" hoá thạch của chúng đã xuất hiện hơn nửa tỷ năm trước đây. Chúng không tạo thành các mô, nghĩa là chúng không có tim, phổi hay các nội tạng khác.