Theo một nhóm các nhà toán học và vật lý, cấu tạo bề mặt diềm giúp sên biển di chuyển có thể giúp chế tạo các robot thân mền ít sử dụng năng lượng trong tương lai.
Các bề mặt nếp gấp phức tạp như rạn san hô hay lá cải xoăn là những bề mặt đổi hướng khi bị uốn cong.
Nhà toán học Shankar Venkataramani tại ĐH Arizona (Mỹ), nhận xét, “Con người đã thấy những mặt cong dạng hyperbol từ hơn 200 năm nay nhưng chưa ai từng nghĩ tới mối quan hệ giữa sự trơn nhẵn và cơ chế di chuyển.”
Đến gần đây, các nhà vật lý nhìn chung cho rằng các nếp gấp diềm tự nhiên được tạo ra khi có cân bằng lực giữa việc đồng thời bị uốn cong và kéo dãn, khiến bề mặt bóp lại với nhau.
Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây của Venkataramani cùng hai nghiên cứu sinh John Gemmer và Toby Shearman, kết hợp với nhà vật lý Eran Sharon của Đại học Hebrew (Jerusalem) chỉ ra rằng có những bề mặt không phẳng không bị kéo dãn nhưng đồng thời vẫn gấp thành nếp dạng diềm.
"Suy nghĩ nảy sinh ở đây là bề mặt diềm không cần có thành phần bị kéo duỗi. Thực sự, đó là một hình dung hoàn toàn phản trực quan," Venkataramani nói.
Nghiên cứu mới cho thấy việc thay đổi từ hình dạng này sang hình dạng khác dường như đòi hỏi rất ít năng lượng. Đây là chìa khóa quan trọng, vì khả năng thay đổi bề mặt hình học có nhiều ứng dụng do độ bền và khả năng hoạt động trong nhiều môi trường khác nhau.
Ví dụ như khi cầm một miếng pizza lên theo cách thông thường, nó thường bị rũ xuống, nhưng nếu cho miếng pizza một chút đường cong [bằng cách đặt ngón tay vào mép và gấp hình chữ U] thì nó sẽ trở nên cứng cáp và dễ ăn hơn rất nhiều. Điều này được lý giải bởi định luật "Theorema Egregium" do Carl Fridrich Gauss - nhà toán học người Đức - đưa ra ở thế kỷ 19.
Nhóm của Venkataramani đã phát triển các phương trình toán học để mô tả những bền mặt không phẳng như vậy. Sau đó họ đã lập mô hình gồm các màng film mỏng gấp lại với 6 khoảng cong lên và cong xuống để xem chúng di chuyển thế nào.
"Chúng tôi nhận ra rằng tự nhiên đã giải quyết vấn đề này từ hàng triệu năm trước. Một số loài như sên biển và giun biển đã luôn sử dụng cấu trúc hình học này để di chuyển.”
Theo ông, thách thức hiện nay là xác định chính xác mối liên hệ giữa dáng bơi độc đáo của những động vật nhuyễn thể - như sên vũ công Tây Ban Nha chẳng hạn - với bề mặt hình học không phẳng của chúng. Câu trả lời, theo ông, có khả năng cung cấp “một con đường tiềm tàng cho việc chế tạo các loại robot thân mềm tiết kiệm năng lượng và cực kỳ linh hoạt".
Shankar Venkataramani dự kiến trình bày nghiên cứu của nhóm trong cuộc họp tháng 3/2019 của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ tại Boston.
Nguồn:
Ngô Hà (Theo Science Daily)