Vảy cá rồng (Arapaima) khổng lồ vùng Amazon đang thu hút sự chú ý nghiên cứu của các nhà khoa học tại Đại học California, San Diego để tạo ra các loại vật liệu siêu bền. >>> Graphene: Vật liệu mới có thể làm biến đổi thế giới Qua quan sát loài cá cọp (Piranha) có răng cực khỏe và sắc tấn công cá rồn...
Vảy cá rồng (Arapaima) khổng lồ vùng Amazon đang thu hút sự chú ý nghiên cứu của các nhà khoa học tại Đại học California, San Diego để tạo ra các loại vật liệu siêu bền.
Qua quan sát loài cá cọp (Piranha) có răng cực khỏe và sắc tấn công cá rồng Arapaima vùng Amazon, nhưng đã không thể xuyên qua 2 lớp vảy để hạ ngục cá rồng.
Vảy cá rồng giống như một miếng vải dệt có lớp laminate chịu lực linh hoạt
Các nhà nghiên cứu cho biết, vảy cá rồng có cấu tạo rất đặc biệt. Bên ngoài vảy cá rồng là một lớp khoáng vật liệu sinh học, còn bên trong có các sợi collagen đàn hồi, tạo thành một lớp laminate chịu lực linh hoạt, gần giống như một miếng vải dệt.
Nghiên cứu trên sẽ mở ra bí mật để sản xuất các loại vật liệu có độ bền chịu lực cao như vật liệu chống đạn, găng tay chống đâm thủng, kính an toàn và CD có độ bền cao.
Ở Canada, các nhà khoa học đang chế tạo các vật liệu mới, lấy cảm hứng từ vẩy cá bass, có thể tạo ra cánh máy bay có khả năng thay đổi hình dạng, đĩa CD, thiết bị y sinh và kính bảo hộ an toàn. Họ hi vọng sẽ kết hợp với nghiên cứu vảy cá rồng để tạo ra một loại vật liệu hỗn hợp bền hơn.
Giữa vùng Amazon, cá rồng Arapaima khổng lồ sở hữu lớp vảy đặc biệt, khiến các nhà khoa học tại Đại học California, San Diego chú ý khi tìm kiếm cảm hứng cho vật liệu siêu bền. Loài cá này không chỉ gây ấn tượng bởi kích thước lớn, mà còn nhờ khả năng bảo vệ cơ thể trước những cuộc tấn công dữ dội trong môi trường tự nhiên. Từ cấu trúc tưởng như quen thuộc của vảy cá, nhóm nghiên cứu kỳ vọng khám phá nguyên lý giúp con người tạo ra những vật liệu vừa chắc chắn vừa linh hoạt hơn.
Mối quan hệ giữa cá rồng Arapaima và cá cọp Piranha cho thấy rõ sức mạnh đáng kinh ngạc của lớp bảo vệ tự nhiên này. Piranha sở hữu hàm răng cực khỏe và sắc, đủ khả năng tấn công nhiều sinh vật khác, nhưng vẫn không thể xuyên qua hai lớp vảy của cá rồng để hạ gục con mồi. Quan sát ấy gợi mở một câu hỏi quan trọng, rằng điều gì đã giúp lớp vảy mỏng bảo vệ cá rồng chống lại những cú cắn mạnh đến như vậy.
Các nhà nghiên cứu phát hiện vảy cá rồng có cấu tạo nhiều lớp, với sự kết hợp tinh tế giữa vật liệu khoáng sinh học bên ngoài và những sợi collagen đàn hồi bên trong. Lớp ngoài tạo khả năng chống chịu, còn phần collagen phía trong giúp vảy biến dạng linh hoạt thay vì dễ dàng nứt vỡ khi chịu lực tác động. Cách sắp xếp này khiến vảy cá rồng gần giống một miếng vải dệt, trong đó từng thành phần cùng tham gia phân tán lực và bảo vệ toàn bộ cấu trúc.
Vật liệu khoáng sinh học bao phủ bên ngoài vảy đem lại độ cứng cần thiết, giúp hạn chế nguy cơ bị răng sắc của Piranha xuyên thủng. Phía dưới, mạng lưới collagen có tính đàn hồi đóng vai trò như lớp đệm, hấp thụ và phân bổ lực thay vì để sức ép tập trung vào một điểm. Sự phối hợp giữa hai đặc tính tưởng như đối lập, cứng bên ngoài và mềm dẻo bên trong, tạo nên một lớp laminate chịu lực linh hoạt.
Điểm đáng chú ý nằm ở cách tự nhiên giải quyết bài toán cân bằng giữa độ bền và khả năng chuyển động của cơ thể cá. Một lớp giáp quá cứng có thể bảo vệ tốt nhưng khiến con vật khó bơi, trong khi lớp quá mềm lại dễ bị tổn thương trước răng săn mồi. Vảy cá rồng cho thấy cấu trúc phân lớp có thể đồng thời duy trì sức chịu lực, độ linh hoạt và khả năng thích ứng trong môi trường sống khắc nghiệt.
Những hiểu biết này có thể hỗ trợ quá trình phát triển nhiều sản phẩm bảo vệ con người trong đời sống và công nghiệp. Các hướng ứng dụng được đề cập gồm vật liệu chống đạn, găng tay chống đâm thủng, kính an toàn và những loại đĩa CD có độ bền cao hơn. Mục tiêu không phải sao chép nguyên dạng chiếc vảy, mà học cách kết hợp vật liệu cứng cùng thành phần đàn hồi theo mô hình tự nhiên đã chứng minh hiệu quả.
Cảm hứng từ vảy cá không chỉ xuất hiện trong nghiên cứu về cá rồng, bởi các nhà khoa học tại Canada cũng đang phát triển vật liệu mới dựa trên vảy cá bass. Những vật liệu này có thể phục vụ việc chế tạo cánh máy bay có khả năng thay đổi hình dạng, đĩa CD, thiết bị y sinh và kính bảo hộ an toàn. Mỗi loài cá cung cấp một gợi ý riêng, giúp giới nghiên cứu tiếp cận các giải pháp kỹ thuật thông qua cấu trúc đã được tự nhiên hoàn thiện.
Các nhà khoa học tại Canada hy vọng kết hợp kết quả nghiên cứu vảy cá bass với hiểu biết về vảy cá rồng để tạo ra một loại vật liệu hỗn hợp bền hơn. Nếu thành công, thiết kế lấy cảm hứng sinh học này có thể mở rộng lựa chọn cho nhiều lĩnh vực cần vật liệu nhẹ, chắc và chịu va đập tốt. Từ cuộc đối đầu giữa Piranha và cá rồng trên sông Amazon, một hướng nghiên cứu mới đang được mở ra, nối liền sinh học, vật liệu học và công nghệ bảo vệ con người.
