Khoá dán gai và vòng ra đời khi một kỹ sư người Thụy Sĩ đi dạo cùng con chó, về nhà thấy quần áo và lông chó dính đầy những hạt cỏ có gai, ông soi dưới kính hiển vi và thấy những móc câu li ti. Còn đầu tàu cao tốc ở Nhật Bản được sửa theo hình mỏ chim bói cá để bớt tiếng nổ lớn khi tàu lao ra khỏi đường hầm. Cách học thiết kế từ thiên nhiên như thế được gọi là mô phỏng sinh học.
Chào bạn, đây là Nhà Khám Phá. Ở quê mình, ai từng đi qua bãi cỏ chắc đều về nhà với ống quần dính đầy hạt cỏ may hay quả ké. Thường thì mình chỉ bực bội ngồi gỡ. Hôm nay mình kể về người đã ngồi gỡ những hạt như thế, rồi nghĩ ra một thứ cả thế giới dùng mỗi ngày.
Buổi đi dạo và những hạt ké bám lông chó
Năm một nghìn chín trăm bốn mươi mốt, kỹ sư người Thụy Sĩ George de Mestral đi săn trên núi cùng con chó. Về nhà, ông thấy quần áo và lông chó dính đầy những quả nhỏ có gai của một loại cây hoang dại mọc ven đường, giống quả ké ở quê mình.
Gỡ mãi mới hết, ông tò mò mang một quả đặt dưới kính hiển vi. Ông thấy trên quả có hàng trăm chiếc gai nhỏ, mỗi chiếc cong ở đầu như một lưỡi câu. Những lưỡi câu ấy móc vào những vòng sợi nhỏ trên vải và trong lông chó.
Với cái cây, đó là một cách thông minh để gieo hạt đi xa: nhờ thú vật mang hộ, rơi xuống ở nơi mới. Với de Mestral, đó là ý tưởng cho một loại khoá mới, dán vào là dính, kéo ra là tách, dùng được nhiều lần.
Ý tưởng đơn giản nhưng biến nó thành sản phẩm lại không dễ. Ông mất nhiều năm thử các loại vật liệu, cách làm móc và vòng sao cho đủ chắc mà vẫn dễ tách. Cuối cùng, sợi nhựa tổng hợp nylon, nung nóng và cắt khéo, cho ra được những móc nhỏ đủ bền. Ông xin bằng sáng chế vào những năm năm mươi.
Từ áo khoác tới tàu vũ trụ
Khoá dán gồm hai dải: một dải phủ những móc nhỏ cứng, một dải phủ những vòng sợi mềm. Ép hai dải vào nhau, móc mắc vào vòng. Kéo mạnh, móc bung ra với tiếng xoẹt quen thuộc.
Lúc đầu, giới thời trang không mặn mà vì nó trông thô và kêu to. Nhưng khi các nhà thiết kế đồ thể thao, đồ trượt tuyết và đặc biệt là ngành hàng không vũ trụ bắt đầu dùng, khoá dán trở nên phổ biến. Phi hành gia dùng khoá dán để giữ đồ vật khỏi trôi lơ lửng trong khoang tàu không trọng lượng.
Ngày nay khoá dán có ở khắp nơi: giày trẻ em, túi xách, đai y tế, băng huyết áp, mũ bảo hiểm, đồ dùng quân đội. Trẻ con nhờ nó mà tự đi giày được trước khi biết buộc dây.
Tất cả bắt đầu từ một người không vứt quả ké đi mà đặt nó dưới kính hiển vi. Câu hỏi vì sao nó dính được đáng giá hơn rất nhiều lần câu than phiền sao nó dính hoài thế.
Mỏ chim bói cá và tiếng nổ trong đường hầm
Câu chuyện thứ hai đến từ Nhật Bản. Khi tàu cao tốc chạy rất nhanh lao vào đường hầm hẹp, nó đẩy không khí phía trước dồn ép lại như một chiếc pít tông. Luồng khí bị nén chạy tới cửa hầm bên kia và thoát ra với một tiếng nổ lớn, làm phiền cư dân sống gần đó.
Một kỹ sư của ngành đường sắt, vốn là người mê ngắm chim, nghĩ tới chim bói cá. Loài chim này lao từ không khí xuống nước để bắt cá, đi qua hai môi trường có sức cản rất khác nhau mà gần như không làm bắn tóe nước. Bí quyết là chiếc mỏ dài, nhọn, tiết diện tăng dần đều.
Đầu tàu được thiết kế lại dài và thon dần như mỏ chim bói cá. Kết quả thử nghiệm cho thấy tiếng nổ khi ra khỏi đường hầm giảm hẳn, tàu còn chạy êm hơn, tốn ít điện hơn mà nhanh hơn.
Cũng trên chiếc tàu ấy, bộ phận lấy điện trên nóc được sửa theo kiểu lông cánh cú mèo, loài chim bay gần như không tiếng động, để giảm tiếng rít do gió. Hai loài chim cùng giúp một đoàn tàu bớt ồn.
Lá sen tự sạch và chân thạch sùng bám tường
Người Việt ai cũng quen câu gần bùn mà chẳng hôi tanh mùi bùn. Khoa học đã tìm ra bí mật của lá sen: bề mặt lá phủ những gai siêu nhỏ và một lớp sáp. Giọt nước rơi xuống không thấm được mà đọng thành giọt tròn, lăn đi và cuốn theo bụi bẩn.
Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng lá sen. Người ta học theo để làm sơn tường tự sạch, kính chống bám nước, vải chống thấm. Mưa xuống là bề mặt tự rửa.
Con thạch sùng, hay còn gọi là thằn lằn nhà, chạy trên trần nhà như đi trên sàn. Dưới bàn chân của nó có hàng triệu sợi lông siêu nhỏ, mỗi sợi lại tách thành những nhánh nhỏ hơn nữa, áp sát bề mặt tới mức lực hút rất yếu giữa các phân tử cộng lại đủ giữ cả cơ thể.
Các nhà khoa học đang làm những loại băng dính khô học theo chân thạch sùng, dính chắc mà bóc ra không để lại vết, dùng lại được nhiều lần. Một con vật bò trên trần nhà mỗi tối ở Việt Nam lại là thầy giáo của các phòng thí nghiệm hiện đại.
Học nhìn thiên nhiên như một kỹ sư
Thiên nhiên đã thử nghiệm qua hàng triệu năm. Những thiết kế còn tồn tại đến hôm nay là những thiết kế đã vượt qua bài kiểm tra khắc nghiệt của sự sống còn. Học theo chúng là học từ một kho kinh nghiệm khổng lồ.
Nhưng mô phỏng sinh học không phải là sao chép y nguyên. Người kỹ sư phải hiểu nguyên lý, rồi chuyển nó sang vật liệu và quy mô khác. Khoá dán không làm bằng quả ké, đầu tàu không phủ lông chim.
Bài học quan trọng nhất có lẽ là thói quen đặt câu hỏi trước những điều nhỏ nhặt. Vì sao nước lăn trên lá sen, vì sao con thạch sùng không rơi, vì sao quả ké bám chặt thế.
Cả nhà có thể chơi trò kỹ sư thiên nhiên: mỗi người tìm trong vườn hay ngoài công viên một thứ có hình dáng hay khả năng đặc biệt, rồi cùng nghĩ xem con người có thể học nó để làm ra cái gì. Biết đâu phát minh tiếp theo đang nằm ngay trong chậu cây trước nhà.
Câu hỏi thường gặp
Mô phỏng sinh học là gì?
Mô phỏng sinh học là cách con người học hình dạng, cấu trúc hay cách hoạt động của sinh vật để giải quyết vấn đề kỹ thuật. Ví dụ như học lá sen để làm bề mặt tự sạch, học chân thạch sùng để làm keo dính khô.
Quả ké ở Việt Nam có giống cây làm cảm hứng cho khoá dán không?
Không cùng loài, nhưng cùng một kiểu thích nghi: quả có gai móc để bám vào lông thú, quần áo, nhờ mang đi xa. Quả ké, cỏ may và nhiều loài cây ven đường ở Việt Nam đều dùng chiến thuật này.
Chim bói cá ở Việt Nam có nhiều không?
Có, Việt Nam có nhiều loài bói cá, hay gặp ven ao hồ, kênh rạch, ruộng lúa. Chúng có bộ lông xanh lam óng ánh và lao xuống nước bắt cá rất nhanh.
Vì sao lá sen không bị ướt?
Bề mặt lá sen có những gai siêu nhỏ phủ sáp, khiến giọt nước chỉ chạm vào đầu các gai, không trải ra được mà co lại thành giọt tròn. Giọt nước lăn đi dễ dàng và cuốn theo bụi bẩn.
Còn phát minh nào khác học từ động vật?
Có rất nhiều, như đồ bơi học từ da cá mập, công trình thông gió học từ tổ mối, cánh máy bay có đầu cánh cong học từ chim lớn. Mỗi thiết kế mượn một nguyên lý đã được thiên nhiên thử nghiệm.
