Khám phá này có tiềm năng ứng dụng trong các ngành công nghiệp muốn tạo ra nguồn chuyển động bền vững như sản xuất đồ chơi và robot, đồng thời cung cấp thêm hiểu biết về cách thế giới tự nhiên cung cấp nhiên liệu cho một số loại chuyển động.
Nhóm nghiên cứu từ Đại học Massachusetts Amherst của Mỹ, do Giáo sư Al Crosby dẫn đầu, có phát hiện bất ngờ về vật liệu tự chuyển động trong lúc quan sát một dải gel polymer đang khô. Họ nhận thấy khi dải gel dài bị mất dần chất lỏng do bay hơi, nó bắt đầu di chuyển. Hầu hết các chuyển động đều chậm nhưng diễn ra thường xuyên và tăng tốc. Chuyển động nhanh dần này là do những bất ổn tiếp tục xảy ra khi chất lỏng bay hơi thêm.
Mô phỏng vật liệu tự chuyển động mới. Ảnh: Yongjin Kim.
Các nghiên cứu bổ sung cho thấy hình dạng của vật liệu đóng vai trò quan trọng trong khả năng tự thiết lập lại để duy trì chuyển động của chúng. Đồng tác giả của nghiên cứu Yongjin Kim giải thích rằng sau khi tìm hiểu đặc tính vật lý cơ bản của dải gel, họ đã thử nghiệm nhiều hình dạng khác nhau để kiểm tra cách vật liệu phản ứng với môi trường. Cuối cùng, họ đã tìm ra những hình dạng có khả năng tự định hình lại và chuyển động theo mong muốn - một số thậm chí có thể nhảy và leo bậc thang - mà không cần động cơ hay pin.
"Nghiên cứu của chúng tôi chứng minh rằng vật liệu có thể tạo ra chuyển động mạnh mẽ bằng cách khai thác các tương tác với môi trường của chúng, chẳng hạn như quá trình bay hơi. Điều này có thể hữu ích đối với các thiết kế robot mới, đặc biệt là robot kích thước nhỏ không đủ chỗ cho động cơ, pin hoặc các nguồn năng lượng khác", Crosby nhấn mạnh.
Vật liệu gel tự leo bậc thang mà không cần động cơ. Video: Yongjin Kim.
Khám phá của Crosby cùng các cộng sự là một phần trong sáng kiến nghiên cứu đa ngành lớn hơn được tài trợ bởi Văn phòng Nghiên cứu Quân đội Mỹ, nhằm tìm hiểu các hệ thống xung đột sinh học và thiết kế để đặt nền tảng cho các phương pháp tạo ra lực cho máy móc cơ học và các cấu trúc cũng như vật liệu lưu trữ năng lượng.
Chi tiết nghiên cứu đã được xuất bản trên tạp chí Nature Materials hôm 1/2.
Đoàn Dương (Theo Science Daily)