"Thảm bay" trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm của Đại học Princeton, Mỹ, một miếng nhựa dẻo dẫn điện trong suốt đã tạo nên hình ảnh gợi nhớ đến những chiếc thảm ma thuật trong truyện cổ tích. Thiết bị nguyên mẫu chỉ dày 10 cm, nhưng có thể “bay” sát mặt đất nhờ năng lượng gợn sóng, tức những sóng điện điều khiển các túi khí nằm bên dưới. Thay vì cất lên trời như máy bay, tấm nhựa di chuyển giống một tàu đệm khí thu nhỏ, tận dụng lớp không khí bị giữ giữa thân thiết bị và mặt đất. Nguyên mẫu hiện đạt tốc độ khoảng 1 cm mỗi giây, con số khiêm tốn nhưng đủ chứng minh ý tưởng có thể hoạt động ngoài lý thuyết. Nhóm nghiên cứu cho rằng những cải tiến tiếp theo trong thiết kế có thể nâng tốc độ di chuyển lên đến 1 mét mỗi giây. Khả năng tăng tốc này mở ra triển vọng phát triển các thiết bị siêu mỏng, nhẹ, vận hành trên bề mặt phẳng mà không cần hệ thống bánh xe truyền thống. Theo BBC, người tạo ra thiết bị là Noah Jafferis, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Princeton, lấy cảm hứng từ một luận văn toán học của giáo sư Đại học Harvard Lakshminarayanan Mahadevan. Jafferis đọc công trình đó ngay khi bắt đầu khóa học tiến sĩ, rồi biến những mô tả toán học về chuyển động của vật liệu mềm thành một thử nghiệm có thể quan sát trong phòng thí nghiệm. Ý tưởng của anh vì thế kết nối khá bất ngờ giữa toán học, vật liệu dẻo, điện học và hình ảnh đầy chất cổ tích của truyện “Nghìn lẻ một đêm”. Jafferis không chọn những bảng mạch điện tử in nổi thời thượng, vốn sử dụng mực nano, dù hướng công nghệ này đang được chú ý trong nhiều nghiên cứu hiện đại. Anh ưu tiên một cấu trúc đơn giản hơn, gồm tấm nhựa mềm, các đường dẫn điện và những túi khí được kích hoạt theo trình tự phù hợp. Giáo sư James Sturm, người chủ trì nhóm nghiên cứu của Jafferis, thừa nhận rằng dự án đôi khi trông giống một ý tưởng điên rồ hơn là một công trình kỹ thuật khả thi. Thách thức lớn nhất nằm ở việc dự đoán và kiểm soát chính xác cách tấm nhựa biến dạng khi hoạt động ở các tần số cao. Nếu không biết tấm vật liệu sẽ uốn cong ra sao, nhóm nghiên cứu không thể nạp những dòng điện thích hợp để lực đẩy phát huy đúng mức. Chỉ một thay đổi nhỏ trong hình dạng hoặc thời điểm kích hoạt cũng có thể khiến chuyển động phấp phới mất nhịp, làm thiết bị giảm hiệu quả hoặc dừng lại. Để giải quyết vấn đề, các chuyên gia đã dành hai năm gắn cảm biến lên mọi phần của tấm nhựa, sau đó theo dõi phản ứng vật liệu qua hàng loạt quy trình phức tạp. Dữ liệu thu được giúp họ cải thiện khả năng dự đoán những biến dạng xảy ra trong lúc các sóng điện truyền dọc theo mặt dưới. Khi làm chủ được công nghệ, nhóm nhận thấy các sóng điện tạo ra phù hợp với những gì lý thuyết đã quy định, còn những chuyển động phấp phới bắt đầu đem lại sức sống cho tấm nhựa nhỏ. Trong báo cáo công trình, Jafferis và các cộng sự thận trọng đặt từ “bay” trong ngoặc kép, bởi thiết bị không thật sự bay tự do như máy bay hoặc chim. Nó phải hoạt động gần mặt đất, nơi không khí bị “mắc kẹt” giữa tấm nhựa và bề mặt bên dưới, tạo điều kiện cho cơ chế nâng và đẩy phát huy tác dụng. Khi các sóng điện di chuyển dọc theo mặt dưới, chúng bơm không khí về phía sau, từ đó tạo ra lực đẩy đưa thiết bị tiến về phía trước. Nguyên mẫu vẫn bị giới hạn bởi những dây dẫn nhỏ nối nó với các cục pin nặng, khiến thiết bị chỉ có thể di chuyển vài cm trong thử nghiệm. Jafferis đang cải tiến hệ thống vận hành bằng năng lượng Mặt trời, nhằm giúp tấm nhựa hoạt động tự do hơn và vượt qua những khoảng cách lớn hơn. Theo báo cáo, nếu tiếp tục phát triển thành công, công nghệ này có thể được dùng cho một xe tự hành trên sao Hỏa, nơi thiết kế nhẹ và khả năng di chuyển sát bề mặt mang lại nhiều lợi thế.