Việc quan sát kỹ lông vũ của một loài chim có khả năng giữ nước kỳ diệu mang lại nhiều ý tưởng cho các nhà nghiên cứu trong việc chế tạo các vật liệu thấm hút kiểu mới.
Sử dụng kính hiển vi có độ phân giải cao và kỹ thuật 3D, các nhà nghiên cứu tại Đại học Johns Hopkins và Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã thu được những hình ảnh chưa từng thấy về lông vũ của loài gà gô cát sống tại sa mạc. Những hình ảnh này cho thấy kết cấu độc đáo của lông gà gô cát và lần đầu tiên hé lộ vì sao chúng có thể giữ được nhiều nước đến vậy.
Gà gô cát ở các sa mạc châu Phi thường làm tổ cách chỗ có nước khoảng 30km để tránh loài săn mồi. Khi mang nước về cho đàn gà con, gà trống thực hiện kỹ năng hiếm có để mang một lượng nước bằng khoảng 15% trọng lượng cơ thể mà vẫn bay với tốc độ khoảng 60km/giờ trong vòng nửa tiếng.
Gà gô cát trống là loại chim duy nhất được biết đến với khả năng giữ nước như vậy, và chìa khóa nằm ở những chiếc lông bụng chuyên dụng của chúng.
Hơn 50 năm trước, các nhà nghiên cứu đã lần đầu miêu tả những chiếc lông bụng kỳ diệu này. Nhưng chỉ đến bây giờ, với kỹ thuật hiện đại, họ mới có thể chỉ ra cách hoạt động của chúng.
Các nhà nghiên cứu sử dụng kính hiển vi có độ phân giải cao và kỹ thuật 3D để có được những hình ảnh chưa từng thấy về chiếc lông của loài gà gô cát sống tại sa mạc.
Nhóm nghiên cứutập trung vào cấu trúc vi mô của lông bụng bằng kính hiển vi điện tử quét, máy cắt lớp vi tính, kính hiển vi quang học, và phương pháp quay phim 3D. Họ quan sát kỹ phần ống với chiều rộng chỉ bằng một phần sợi tóc người, từng chiếc lông tơ bám trên đó còn nhỏ hơn thế.
Hình ảnh chiếc lông được phóng to và quan sát cả khi chúng khô lẫn ướt do được nhúng xuống nước nhiều lần, giống như cách gà gô cát làm ở hố nước.
Các nhà khoa học phải nín thở khi thực hiện thí nghiệm để không làm bay lông chim. Theo họ, cấu trúc của từng chiếc lông rất “tráng lệ”, các phần được tối ưu hóa theo nhiều cách để giữ nước, gồm cách chúng uốn cong, cách các lông tơ tạo thành cụm giống chiếc lều che mưa, và cách các cấu trúc ống trong mỗi lông tơ giữ nước.
Mỗi chiếc lông có thể giữ nước bằng đám lông tơ chi chít gần ống lông, kết hợp với những lông tơ xoăn gần phía ngọn có chức năng như cái nắp.
Nhóm nghiên cứu cũng tính toán lượng nước trữ trong lông chim. Họ hi vọng phát hiện này sẽ làm nền tảng cho các thiết kế kỹ thuật trong tương lai, để có thể thấm hút các chất lỏng một cách có kiểm soát, giữ chúng cho chắc, và xả ra dễ dàng.
Một chiếc lông gà gô cát nhìn từ phía trước.
Các ứng dụng khả thi là thiết kế lưới để thu giữ nước từ các giọt sương và sương mù ở sa mạc, hay thiết kế một loại bình đựng nước chuyên dụng.
Với bình nước hay các túi đeo lưng thể thao- đồng tác giả nghiên cứu, chuyên gia về vật liệu và thiết kế thông minh Jochen Mueller nghĩ tới một thiết kế có thể giữ được một lượng lớn chất lỏng an toàn, bên trong có một hệ thống mô phỏng lông chim để giữ cho nước khỏi sóng sánh khi di chuyển. Ông cho rằng các vận động viên điền kinh sẽ đánh giá cao một túi nước như vậy.
Ông cũng liên tưởng tới các loại que phết y tế kiểu mới dễ sử dụng hơn, “có thể thấm chất lỏng hiệu quả nhưng lại xả lượng chất lỏng đó ra dễ hơn nhiều so với hiện nay”. Ông cho biết chức năng xả mẫu kém là một vấn đề với các que phết mũi trong đại dịch COVID-19.
Tới đây, nhóm nghiên cứu có kế hoạch in 3D các cấu trúc tương tự và tìm kiếm ứng dụng thương mại.