Tìm nguồn cung cấp năng lượng hiệu quả nhất cho các thiết bị di động hiện là một trong những lĩnh vực nghiên cứu được quan tâm hàng đầu trên thế giới. Các nhà khoa học ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT - Mỹ) đã nghiên cứu và phát triển thành công động cơ tua-bin khí nhỏ trên chip có thể thay thế pin cung cấp điện năng cho máy tính xách tay, ĐTDĐ, radio và cả máy phát điện gia đình với thời lượng sử dụng vượt trội so với các nguồn cung năng lượng truyền thống.
Đây có thể được coi là bước đột phá mới trong quá trình nghiên cứu nguồn điện di động cho tương lai. Nói về thành tựu này, không thể không nhắc đến nhân vật “đầu tàu” của công trình nghiên cứu - Giáo sư Alan H. Epstein, Giám đốc phòng thí nghiệm tua-bin khí, Trưởng Khoa Du hành vũ trụ và Hàng không học của MIT.
Tốt nghiệp Cử nhân Du hành vũ trụ và Hàng không học năm 1971, Alan Epstein đã không ngừng học tập và nghiên cứu để hoàn tất chương trình Thạc sĩ một năm sau đó. Năm 1975, ông nhận bằng Tiến sĩ và bắt đầu làm việc cho MIT từ năm 1980 đến nay. Giáo sư Alan Epstein chuyên nghiên cứu các lĩnh vực sản xuất điện và chuyển hóa năng lượng, động cơ tua-bin và tua-bin khí, trong đó bao gồm động cơ nhiệt nhỏ, sự truyền nhiệt trong tua-bin, khoa học nghiên cứu dụng cụ cải tiến, thủy âm học, hệ thống đẩy bằng phi cơ...
Giáo sư Alan Epstein cùng đồng nghiệp đã nghiên cứu và phát triển
thành công động cơ tua-bin khí nhỏ trên chip (Ảnh: MIT.edu)
Sau 10 năm theo đuổi dự án “Engine on chip”, động cơ tua-bin khí nhỏ trên chip của giáo sư Epstein giờ đây có thể hoạt động lâu gấp 10 lần loại pin sử dụng cho máy tính xách tay, ĐTDĐ, radio và các thiết bị điện tử khác. Theo ông, loại động cơ này có trọng lượng tương đương với một cục pin nhưng sau mỗi lần sạc, nó có thể được sử dụng khoảng 15-20 giờ.
Nguyên tắc hoạt động của động cơ này tương tự như động cơ phản lực. Một máy nén khí hút không khí ở bên ngoài và nén chúng lại. Vòi phun nhiên liệu truyền nhiên liệu vào khí nén và hỗn hợp này bốc cháy. Động cơ của Epstein có thể hoạt động với nhiều loại nhiên liệu khác nhau như dầu lửa, khí propane, ethanol, methanol hoặc hydrogene. Khí nóng được tạo ra sẽ lan tỏa nhanh chóng để quay tua-bin, xoay cuộn dây bên trong nam châm để tạo ra điện. Thông thường, một động cơ phản lực có hàng nghìn phụ tùng được lắp ráp thành một vài bộ phận gồm có máy nén khí, khoang đốt và tua-bin. Trong khi đó, động cơ tua-bin khí nhỏ của Epstein chỉ có 2 bộ phận: một khối quay di động và một cấu trúc cố định, có khả năng hoạt động như máy nén khí và khoang đốt. Động cơ này có thể bỏ vừa một bao diêm bởi khoang đốt của nó chỉ cỡ cục gôm viết chì và các vòi phun nhiên liệu là những cái lỗ nhỏ bằng một cái chấm viết.
Tiện ích chủ yếu của phát minh này là sự chuyển hóa lực đẩy và điện năng giúp tiết kiệm chi phí, hạn chế sự rườm rà và tiêu chuẩn hóa. Phát minh của giáo sư Epstein và đồng nghiệp đã được công bố rộng khắp trên các phương tiện truyền thông hồi cuối tháng 9 năm nay và ông tin rằng chiếc máy phát điện mini này sẽ được thương mại hóa trong vòng 3 đến 5 năm nữa.
Một trong những thành phần của động cơ tua-bin khí nhỏ (Ảnh: MIT.edu)
Giáo sư Alan Epstein hiện là thành viên của Ban Khoa học và Công nghệ Không quân thuộc Ủy ban Quản lý Hạt nhân Mỹ (NRC), hội viên Học viện Hàng không và Vũ trụ Mỹ và Học viện Kỹ thuật Quốc gia. Bên cạnh các giải thưởng báo chí và thuyết trình xuất sắc do Viện Tua-bin khí Quốc tế trao tặng, giáo sư Alan Epstein còn vinh dự đón nhận Giải thưởng Tua-bin khí của Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Mỹ - ASME. Ông sở hữu hơn 70 ấn phẩm báo chí về các lĩnh vực nghiên cứu của mình. Alan Epstein cũng là giáo sư Viện Du hành vũ trụ và Hàng không học R. Colin MacLaurin.
Qua 30 năm công tác tại Viện Công nghệ Massachusetts, giáo sư Alan Epstein đã có nhiều đóng góp đáng kể giúp cải tiến qui trình nghiên cứu tua-bin khí. Ông cũng là người tiên phong khai phá hướng nghiên cứu mới trên những động cơ tua-bin khí được điều khiển linh hoạt với những động cơ thông minh.
Bên cạnh đó, vị Giám đốc phòng thí nghiệm tua-bin khí của MIT này cũng luôn sẵn lòng giúp đỡ sinh viên, tạo cơ hội cho họ học hỏi, nghiên cứu trên các tua-bin khí máy bay với qui mô lớn và trong điều kiện thực tế. Kể từ năm 1997 đến nay, Alan Epstein nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực tua-bin khí nhỏ, những sản phẩm từng được chế tạo bằng hệ thống vi điện máy (MEMS) để ứng dụng cho máy phát điện bỏ túi phục vụ các mục đích quân sự. Và thách thức lớn nhất đối với các nhà nghiên cứu tua-bin loại này là chế tạo ra mẫu thiết kế có thể đáp ứng yêu cầu chức năng nhưng vẫn trung thành với công nghệ máy nhỏ và có tính khả thi.
NGUYỄN TRÚC