Trong tương lai, chiếc máy tính có kích thước nhỏ hơn ngày nay rất nhiều có thể được tạo thành từ vi khuẩn ăn sắt. Theo nhóm nghiên cứu ở ĐH Leeds (Anh) và ĐH Nông nghiệp và kỹ thuật Tokyo (Nhật Bản), khi tiêu hóa sắt, vi khuẩn ăn sắt tạo ra những nam châm tí xíu trong cơ thể chúng, tương tự như tro...
Trong tương lai, chiếc máy tính có kích thước nhỏ hơn ngày nay rất nhiều có thể được tạo thành từ vi khuẩn ăn sắt.
Theo nhóm nghiên cứu ở ĐH Leeds (Anh) và ĐH Nông nghiệp và kỹ thuật Tokyo (Nhật Bản), khi tiêu hóa sắt, vi khuẩn ăn sắt tạo ra những nam châm tí xíu trong cơ thể chúng, tương tự như trong ổ cứng của PC. Vì thế, vi khuẩn ăn sắt có thể giúp tạo ra những ổ cứng chạy nhanh hơn.
Theo nghiên cứu đăng trên tạp chí Small, khi công nghệ phát triển và các linh kiện máy tính trở nên ngày càng nhỏ hơn, việc sản xuất các linh kiện điện tử với quy mô nano ngày càng khó hơn.
Vì thế, các nhà khoa học giờ đây bắt chước thiên nhiên bằng cách sử dụng vi khuẩn.
Nhóm nghiên cứu sử dụng vi khuẩn Magnetospirilllum magneticum - những vi sinh vật mang từ tính tự nhiên thường sống trong môi trường nước, như ao, hồ… ở tầng nước dưới, nơi lượng oxy rất ít. Chúng bơi theo đường từ trường của trái đất, sắp hàng trong từ trường giống như mũi kim compa để tìm kiếm oxy. Khi chúng ăn sắt, các protein trong cơ thể chúng tương tác với sắt để tạo ra các tinh thế quặng sắt từ khoáng chất vô cùng nhỏ bé.
Những nam châm nhỏ tí xíu trong cơ thể vi khuẩn. (Nguồn: BBC)
Sau khi nghiên cứu cách vi khuẩn thu thập, hình thành và định vị các nam châm kích thước nano trong cơ thể chúng, các nhà nghiên cứu đã học hỏi phương pháp này và áp dụng bên ngoài cơ thể vi khuẩn để tạo ra loại nam châm có thể sẽ giúp tạo ra ổ cứng máy tính trong tương lai.
“Chúng tôi đang nhanh chóng đạt tới giới hạn của ngành chế tạo điện tử truyền thống khi các linh kiện máy tính ngày càng nhỏ hơn. Loại máy chúng ta đang sử dụng vẫn cồng kềnh. Thiên nhiên cung cấp cho chúng ta một công cụ hữu hiệu để giải quyết vấn đề này", TS. Sarah Staniland ở ĐH Leeds nói.
Bên cạnh việc sử dụng vi sinh vật để tạo ra nam châm, các nhà nghiên cứu cũng tạo ra loại dây điện vô cùng nhỏ từ các vi sinh vật sống.
Họ tạo ra các ống có kích cỡ nano từ màng tế bào, nuôi trong môi trường phòng thí nghiệm với sự giúp đỡ của một protein có trong phân tử lipid trong cơ thể con người. Màng tế bào giống như bức tường sinh học ngăn cách bên trong tế bào với môi trường bên ngoài.
Trong tương lai, các ống đó có thể được sử dụng để tạo ra loại dây dẫn sinh học nhỏ tới mức chỉ nhìn thấy dưới kính hiển vi, nhưng vẫn có khả năng truyền thông tin - giống như các tế bào trong cơ thể con người, TS. Masayoshi Tanaka ở ĐH Nông nghiệp và công nghệ Tokyo giải thích.
“Loại dây dẫn sinh học này có khả năng kháng điện và truyền thông tin từ một tập tế bào bên trong máy tính sinh học sang các tế bào khác", TS. Tanaka nói.
Ngoài máy tính, loại dây dẫn sinh học đó còn có thể sử dụng trong phẫu thuật cho người vì tính tương thích cao.
Một chiếc máy tính tương lai có thể nhỏ hơn rất nhiều so với thiết bị hiện nay, bởi một phần linh kiện được tạo nên nhờ những vi khuẩn có khả năng ăn sắt. Ý tưởng này đến từ nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Leeds ở Anh và Đại học Nông nghiệp và Công nghệ Tokyo ở Nhật Bản. Họ nhận thấy vi khuẩn ăn sắt có thể tạo ra những nam châm cực nhỏ bên trong cơ thể, tương tự vật liệu từ dùng trong ổ cứng máy tính.
Theo nghiên cứu đăng trên tạp chí Small, công nghệ điện tử đang tiến gần giới hạn của phương pháp chế tạo truyền thống khi các linh kiện liên tục được thu nhỏ. Những cấu trúc ở quy mô nano rất khó sản xuất chính xác, đồng thời đòi hỏi quy trình phức tạp hơn nhiều so với linh kiện thông thường. Vì vậy, các nhà khoa học tìm cách học hỏi cơ chế tự nhiên, trong đó vi khuẩn trở thành công cụ tạo vật liệu đặc biệt đáng chú ý.
Đối tượng nghiên cứu là Magnetospirillum magneticum, loài vi sinh vật mang từ tính tự nhiên thường sống trong môi trường nước như ao và hồ. Chúng thường tìm đến những tầng nước phía dưới, nơi lượng oxy rất thấp và điều kiện sống khác biệt so với bề mặt. Nhờ khả năng cảm nhận từ trường Trái đất, các vi khuẩn này bơi theo hướng nhất định, giống những mũi kim la bàn cực nhỏ đang tìm kiếm khu vực có oxy.
Khi hấp thụ sắt, các protein bên trong cơ thể Magnetospirillum magneticum tương tác với nguyên tố này để hình thành những tinh thể quặng sắt nhỏ bé. Các tinh thể ấy tạo thành những nam châm kích thước nano, được sắp xếp trong cơ thể vi khuẩn theo cách có tổ chức. Cơ chế tự nhiên này giúp vi khuẩn định hướng trong môi trường, đồng thời gợi mở phương pháp chế tạo vật liệu từ cho các thiết bị tương lai.
Nhóm nghiên cứu đã quan sát cách vi khuẩn thu thập sắt, hình thành nam châm rồi định vị chúng bên trong cơ thể. Sau đó, họ mô phỏng phương pháp ấy bên ngoài vi khuẩn để tạo ra những nam châm cực nhỏ với khả năng ứng dụng trong ổ cứng máy tính. Cách tiếp cận này có thể hỗ trợ việc sản xuất linh kiện nhỏ hơn, chính xác hơn, trong bối cảnh thiết bị điện tử ngày càng cần tiết kiệm không gian.
Tiến sĩ Sarah Staniland thuộc Đại học Leeds cho rằng ngành chế tạo điện tử truyền thống đang nhanh chóng chạm tới giới hạn, khi kích thước linh kiện tiếp tục giảm. Theo bà, những chiếc máy tính hiện nay vẫn còn cồng kềnh, trong khi tự nhiên cung cấp một công cụ hữu hiệu giúp con người xử lý bài toán thu nhỏ. Vi khuẩn vì thế không chỉ được xem là sinh vật đơn giản, mà còn trở thành nguồn cảm hứng cho kỹ thuật nano.
Nghiên cứu không dừng ở việc tạo nam châm, bởi các nhà khoa học còn phát triển những dây điện vô cùng nhỏ từ vi sinh vật sống. Họ tạo ra các ống kích thước nano bằng màng tế bào, sau đó nuôi chúng trong phòng thí nghiệm với sự hỗ trợ của một protein có trong phân tử lipid của cơ thể người. Màng tế bào vốn là bức tường sinh học ngăn cách phần bên trong tế bào với môi trường bên ngoài, nhưng nay có thể trở thành vật liệu cho linh kiện.
Trong tương lai, các ống nano này có thể được dùng làm dây dẫn sinh học nhỏ đến mức chỉ quan sát được dưới kính hiển vi, nhưng vẫn truyền thông tin giữa những tế bào khác nhau. Tiến sĩ Masayoshi Tanaka thuộc Đại học Nông nghiệp và Công nghệ Tokyo cho biết loại dây dẫn này có khả năng kháng điện, đồng thời chuyển thông tin từ một tập tế bào trong máy tính sinh học sang những tế bào khác. Ngoài lĩnh vực máy tính, vật liệu tương thích cao với cơ thể còn có thể mở ra ứng dụng trong phẫu thuật cho con người.
