Những công nghệ đáng kinh ngạc con người học tập từ tự nhiên

Công nghệ phỏng sinh học hiện nay đang ngày càng phát triển với những phát minh đáng kinh ngạc.

Có một ngành khoa học được gọi là mô phỏng sinh học, với những nghiên cứu vận dụng và mô phỏng các kết cấu, chức năng của các sinh vật trong tự nhiên để chế tạo ra những hệ thống phục vụ con người. Công nghệ phỏng sinh học hiện nay đang ngày càng phát triển với những phát minh đáng kinh ngạc, chúng ta hãy cùng điểm qua những phát minh mới nhất mà con người học tập từ các loài sinh vật trong tự nhiên.

Gậy sóng âm dựa trên loài dơi

Trong tự nhiên, dơi là loài sử dụng sóng siêu âm để đo khoảng cách, tránh chướng ngại vật và tìm con mồi trong đêm. Chúng phát ra các sóng âm thanh và ghi lại khoảng thời gian để tiếp nhận sóng phản hồi, giúp chúng đo được khoảng cách và nhận biết mọi thứ trong không gian. Chúng làm được điều này một cách tự nhiên còn con người thì không.

Vì vậy các nhà khoa học thuộc đại học Leeds ở Anh đã vận dụng khả năng này của loài dơi để nghiên cứu và chế tạo chiếc gậy sóng âm giành cho người khiếm thị. Về cơ bản, chiếc gậy phát ra các sóng âm và tiếp nhận sóng phản hồi tương tự như loài dơi, tuy nhiên bộ não con người không thể phân tích các thông tin nhận được để lập nên bản đồ không gian một cách tự nhiên như loài dơi. Do đó các nhà khoa học phải tiếp tục nghiên cứu bộ phân tích và chuyển đổi các tín hiệu thu được thành các rung động, sau đó chuyền chúng vào tay nắm của chiếc gậy giúp người khiếm thị có thể cảm nhận được.

Sau nhiều thử nghiệm, các nhà khoa học cho biết những người khiếm thị đã có thể tiếp nhận các rung động này và dễ dàng lập nên một bản đồ nhận thức không gian xung quanh dựa trên các rung động ở bàn tay họ.

Robot học tính bầy đàn của loài kiến

Trong một dự án nghiên cứu mới của đại học Havard, các nhà khoa học đang cố gắng tìm ra cách để robot có khả năng tự giao tiếp và học hỏi lẫn nhau dựa trên tính bầy đàn của loài kiến. Theo đó, một robot sẽ có thể quan sát hành vi của robot khác và quyết định sẽ làm gì mà không cần bất kỳ chương trình điều khiển nào.

Ý tưởng của các nhà khoa học là sử dụng 2 cảm biến ánh sang, trong đó 1 cảm biến sử dụng để nhận biết các robot khác giúp tránh va chạm khi di chuyển và một cảm biến để nhận biết con đường mà robot trước đó đã đi. Giống như loài kiến, chúng để lại một chất hóa học trên đường đi giúp các con kiến khác lần theo đường đi.

Thử nghiệm cho thấy các con robot sau khi được cho di chuyển ngẫu nhiên và hỗn loạn, chúng đã tập trung lại thành một hàng và di chuyển theo một con đường duy nhất. Tương lai những con robot sẽ có khả năng tự học tập với trí thông minh nhân tạo mà không cần con người hay bất kỳ chương trình điều khiển nào.

Sơn tự làm sạch dựa trên cánh hoa sen

Cánh hoa sen thoạt nhìn khá mịn nhưng nếu nhìn kỹ bạn sẽ thấy hàng triệu gai nhỏ được bao phủ trên bề mặt. Các gai nhỏ này giúp bụi bẩn và nước không thể bám lâu trên bề mặt cánh hoa. Dựa trên điều đó, một công ty của Đức đã phát minh ra loại sơn với cấu trúc phức tạp giúp loại bỏ mọi bụi bẩn và vết dính trên bề mặt.

Nhìn dưới kính hiển vi, bề mặt của lớp sơn cũng giống như cánh hoa sen với hàng triệu gai nhỏ. Nói cách khác sau khi được phủ lớp sơn đặc biệt này, bề mặt sẽ có khả năng tự làm sạch mà không cần lau chùi. NASA cũng đang nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này để phủ trên quần áo của các phi hành gia.

Camera kép mô phỏng theo mắt loài ruồi

Ruồi là loài sinh vật đặc biệt sở hữu đôi mắt kép với hơn 28.000 ống kính riêng biệt, được gắn với các dây thần kinh cảm nhận ánh sáng riêng biệt. Nhờ vậy mà chúng có thể quan sát 180 độ xung quanh và mang lại cảm giác về chiều sâu một cách rõ rệt nhất.

Sử dụng ý tưởng đó, các nhà khoa học thuộc đại học Illinois đã xây dựng một máy ảnh kép với 180 ống kính, gắn vào một tấm đế cao su linh hoạt và tạo thành hình bán cầu. Hình ảnh thu về từ 180 ống kính được kết hợp và tạo thành một hình ảnh duy nhất. Mục đích sử dụng của loại camera này là trang bị trên các máy bay do thám không người lái, với hai camera kép như vậy người điều khiển có thể dễ dàng quan sát toàn bộ 360 độ không gian xung quanh. Hiện tại các nhà khoa học vẫn tiếp tục nghiên cứu nhằm tăng gấp đôi số lượng ống kính.

Vật liệu mô phỏng da cá mập giúp bơi nhanh hơn

Da cá mập được phủ một lớp gai nhọn vô cùng nhỏ, hướng về phía sau và giúp chúng bơi nhanh hơn rất nhiều trong nước. Bên cạnh đó lớp gai nhọn này còn có tác dụng tương tự lớp phủ trên cánh hoa sen đã nói ở trên. Giúp các loại tảo, vật ký sinh khó có thể bám trên người của cá mập.

Hải quân Mỹ đang nghiên cứu lớp phủ trên bề mặt da cá mập để ứng dụng trên bề mặt tàu ngầm. Giúp con tàu đạt vận tốc cao hơn cũng như tránh bị các vật ký sinh bám trên bề mặt tàu, mà mỗi năm mất chi phí hơn 50 triệu USD để làm vệ sinh vỏ tàu.

Các bệnh viện cũng đang nhận được dự án nghiên cứu sử dụng loại vật liệu được gọi là Sharklet giống như da cá mập, để bọc các đồ dùng, tay nắm cửa v.v… Loại vật liệu này sẽ có khả năng ngăn ngừa các loại vi khuẩn bám vào đồ vật. Nó không phải một loại thuốc hóa chất, do đó vi khuẩn không thể đề kháng.

Cảm biến dựa trên bộ râu của loài gặm nhấm

Những loài gặm nhấm như chuột chủ yếu hoạt động về đêm, chúng thường sử dụng râu của mình để di chuyển trong bóng tối hơn là dùng thị lực. Bộ râu của chúng là những cảm biến rất nhạy cảm, có thể đo khoảng cách cũng như phát hiện chướng ngại vật và tìm đồ ăn.

Các nhà khoa học đã nghiên cứu và chế tạo ra loại cảm biến nhân tạo hoạt động tương tự bộ râu của loài gặm nhấm. Các nhà khoa học sử dụng các sợi thủy tinh có chứa các cảm biến hiệu ứng Hall (cảm biến đo sự khác biệt về điện áp dựa trên từ trường). Một nam châm nhỏ sẽ được gắn vào bên trong và cung cấp từ trường. Khi chạm phải vật cản, các cảm biến sẽ nhận biết sự thay đổi điện áp từ nam châm và cho phép các robot nhìn thấy vật cản hoặc đối tượng.

Robot mô phỏng loài nhện

Các nhà khoa học đã nỗ lực trong nhiều năm để chế tạo loại robot mô phỏng hoàn hảo loài nhện, với 8 chân chúng có thể di chuyển một cách ổn định trên nhiều bề mặt khác nhau. Việc kiểm soát và điều khiển tất cả 8 chân cùng lúc không phải đơn giản, tuy nhiên các nhà khoa học đã thành công với khả năng phối hợp cùng lúc 26 khớp nối. Bộ xử lý trung tâm có khả năng tính toán quỹ đạo của từng chân riêng biệt và kết hợp chúng đễ xác định tình trạng di chuyển của robot. Giúp robot có khả năng di chuyển theo nhiều kiểu và hướng khác nhau. Dự án này sẽ được ứng dụng cho các robot tìm kiếm và cứu nạn trong thiên tai.

Mạch điện tử không thể bị phá hủy

Các con chip điện tử là thiết bị được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện nay, và mặc dù có kích thước nhỏ, chúng có hàng triệu bóng bán dẫn trải rộng trên bề mặt chỉ nhỏ bằng đầu ngón tay. Một một mạch nhỏ bị phá vỡ có thể làm ảnh hưởng đến toàn bộ mạch. Tuy nhiên nếu mạch điện tử có khả năng tự phục hồi giống như một hệ thống miễn dịch trong cơ thể sẽ giúp tiết kiệm rất nhiều công sức và chi phí sửa chữa, thay thế.

Các kỹ sư tại Viện Công nghệ California đã tạo ra loại mạch điện tử không thể bị phá hủy. Để chứng minh, họ đã sử dụng tia laser để phá hủy một mạch điện tử, sau đó mặc dù đã bị phá hủy một phần nhưng mạch điện vẫn có thể hoạt động một cách bình thường. Cùng với tất cả các mạch cần thiết cho mục đích chính của chip, mỗi chip cũng có một loạt các cảm biến và một bộ xử lý trung tâm để phát hiện thiệt hại và tìm ra cách hiệu quả nhất để có thiết lập lại và giúp nó hoạt động bình thường.

Hệ thống này không được lập trình trước với từng trường hợp cụ thể, mà nó sẽ tự đánh giá và thiết lập lại theo từng trường hợp riêng, do đó nó có thể tự xử lý trong bất kỳ trường hợp hỏng hóc nào, tất nhiên là khi các cảm biến và bộ xử lý còn hoạt động.