Nhện dệt... công nghệ thông tin

Mạnh Hùng

Trên màn hình, một chú nhện tí hon đang hiện ra trong bóng tối, trượt dài trên một sợi tơ và treo lơ lửng trong không trung. Thoắt một cái, nhện ta đã làm xong một "tác phẩm hình học" đẹp mắt. "Con nhện này sắp dệt một tấm lưới nữa đây!", nhà khoa học nói.

Từ nghiên cứu hiện tượng rung...

Sinh ra tại Pondichery (Ấn Độ) và sang Mỹ năm 1992 với một học bổng của Đại học Harvard, Sharad Ramanathan bắt đầu lao vào công trình nghiên cứu nhện từ 3 năm nay tại cụm nghiên cứu phát triển thông tin - viễn thông nổi tiếng "Bell Labs" đặt tại bang New Jersey, nơi đã phát minh ra transistor và laser rắn (solid laser). Quả thật, đây là một dự án gây ngạc nhiên, bởi chuyên gia trẻ tuổi này đã tự nuôi một đàn nhện, quan sát chúng giăng tơ và luôn hào hứng về mấy con vật cưng: "Dù không thấy đường, nhưng chỉ trong 3 phút nhện có thể dệt được một tấm lưới rộng 50cm, lớn hơn cơ thể nó 100 lần". Nói xong, anh lấy bút vẽ ra 5 đường thẳng đan chéo tạo nên hình một cánh sao, rồi một vòng xoắn ốc cắt ngôi sao đó ra thành những khoảng không gian đều nhau. Cuối cùng, nhà khoa học mở một đoạn phim ngắn từ chiếc laptop: "Chúng giăng tơ hoàn toàn trong bóng tối nên chúng tôi phải quay bằng camera hồng ngoại".

Nhưng mục đích Sharad Ramanathan rất cụ thể. Anh đặc biệt quan tâm đến việc loài nhện đã biết tiết kiệm năng lượng như thế nào khi giảm thiểu tối đa các động tác di chuyển. Thật vậy, để có được một "bản vẽ" cho tấm lưới của mình, nhện dùng chân lay động những sợi tơ và theo đó dò đường đi. Và sau khi đã "chấm" được một chỗ giao nhau giữa hai đường tơ, nhện sẽ quyết định hướng đi tiếp theo trong không gian. Chúng dệt lưới rất bài bản, rất khoa học.

... Đến giải pháp giảm nghẽn mạch thông tin

Chính tài nghệ của nhện đã giúp nhà khoa học có ý tưởng. Sharad Ramanathan giải thích: "Muốn vậy, nhện phải xác định được độ căng của lưới. Và tôi nghĩ chúng ta hoàn toàn có thể áp dụng cách làm của nhện vào việc tối ưu hoá luồng thông tin được truyền đi trên mạng. Chúng tôi đã tái hiện áp lực căng tại chỗ bằng cách tạo ra nhiễu loạn chung quanh một điểm, nhằm tìm kiếm những lối thoát, những ngã rẽ rộng đường hơn".

Theo sơ đồ minh hoạ giả lập hệ thống truyền thông tin trên mạng viễn thông vô tuyến, mỗi một điểm nói trên sẽ tương ứng với một nút mạng, một máy chủ. Và khi có nhiều điểm bị "ùn tắc", mạng sẽ nhanh chóng tắc nghẽn. Nhà khoa học lập luận: "Sẽ xảy ra nghẽn mạch nếu như tất cả các dữ liệu đều được truyền theo cùng một hướng, cho dù đây là con đường ngắn nhất. Vì thế, chúng tôi đã xây dựng lại thuật toán theo cấu trúc của mạng nhện. Với kiểu mẫu này, chúng tôi giảm được thời gian truyền dữ liệu từ 128,3 mili giây xuống còn 48,6 mili giây. Hiện tượng nghẽn mạch biến mất. Đồng thời, số lượng các nút mạng đã giảm từ 32 xuống còn 28".

Thí nghiệm trên mang lại kết quả đầy khả quan. Nhưng để nghiên cứu sâu hơn, nhóm khoa học đang cần có nhiều nhện! Cũng khá khôi hài khi Sharad Ramanathan thổ lộ: "Đúng là chẳng dễ chút nào! Tôi đã gọi điện cho một giáo sư tại Đại học New York để nhờ ông ta tìm giúp một số nhện. Ông ấy bảo rằng tôi chỉ việc vào rừng tìm bắt chúng chứ có gì nghiêm trọng lắm đâu mà phải gọi điện. Sau đó, tôi có nhờ một nhà sinh vật học ở Harvard chỉ cách giữ cho nhện đừng... chết! Nay thì tôi đã biết rõ là nhện cần độ ẩm để sống và cần bóng tối để giăng tơ. Nếu có ánh sáng, chúng sẽ bị mất phương hướng. Nhưng thật buồn cười là tôi đã rất sợ nhện!".

Giác quan của nhện

Nhện có thị giác rất kém dù có thể có đến 8 con mắt! Nhưng bù lại, chúng được trang bị hàng ngàn bộ phận bắt tín hiệu rất "hi-tech" là các lông ở chân và các khe dưới bụng. Nhờ đó, nhện có khả năng "nghe" được những rung động rất yếu mà con người không thể cảm nhận. Về dinh dưỡng, sau khi "cố định" con mồi bằng tấm lưới tơ của mình, nhện sẽ "hoá lỏng" món ăn để "uống".

Hầu như tất cả các loài nhện đều nhả tơ. Các chuyên gia cho rằng khởi thuỷ chất tơ được nhện dùng dệt kén để bảo vệ trứng. Nhiều loài nhện có thể làm những chiếc tổ dưới mặt đất hoặc dưới nước. Có loài còn dùng tơ làm vũ khí săn mồi (không phải là mạng nhện), hoặc dùng làm công cụ dẫn đường.

Thông số về tơ nhện

Xét về hình dáng, cấu tạo và chức năng, mạng nhện được xem là một kiệt tác của tạo hoá. Ước tính một con nhện phải bỏ ra trung bình 1 giờ và 30 mét tơ mới có được một tấm lưới hoàn chỉnh. Từ lâu, tơ nhện rất hấp dẫn các nhà khoa học, các nhà công nghiệp và cả giới quân sự, bởi đây là một chất liệu giữ kỷ lục về độ dính chắc, tức khả năng hấp thu năng lượng, trong số tất cả các dạng vật chất do thiên nhiên tạo ra. Tơ nhện còn được đánh giá "cứng" hơn kim loại.

Vì vậy, các nhà khoa học đã nghiên cứu dùng tơ nhện dệt những chiếc áo chống đạn có khả năng chặn được một khối trọng lượng nặng 300kg đang bay với vận tốc 300km/giờ! Nhưng việc sản xuất ra loại "áo tơ" này không dễ. Có thể cần phải "trưng dụng" cả cộng đồng một loài nhện ở Guyana có tên là Anelosimus eximius. Chúng có kích thước chỉ khoảng 5mm nhưng có thể dệt được những tấm lưới khổng lồ (so với chúng) với đường kính vài mét, do nhiều cá thể hợp tác lại với nhau. Và những tấm lưới "tầm cỡ" này đã giúp nhện Anelosimus eximius bẫy được những con mồi nặng hơn chúng gấp 700 lần!