Bạn đã từng nghe thấy khái niệm về mô phỏng sinh vật?

Bạn đã từng nghe thấy khái niệm về mô phỏng sinh vật?

Phỏng sinh học (khoa học về mô phỏng sinh vật) là khái niệm mới được đưa ra bởi các nhà khoa học quân y Mỹ. Đây là môn khoa học mô phỏng kết cấu, chức năng của các hệ sinh vật để thiết kế chế tạo ra các hệ thống kỹ thuật, công trình. Trong những năm gần đây, phỏng sinh học đã đạt được nhiều thành tựu rất đáng khích lệ.

Ý tưởng mới từ tơ nhện.

Nhện là động vật chân khớp thường gặp nhất trong giới tự nhiên. Trên thế giới có khoảng hơn 35 ngàn loại nhện. Đại đa số chúng đều có thể nhả tơ kết mạng. Tơ nhện không những tinh xảo phức tạp mà còn có chức năng hoàn bị, giống như một mê cung thần kỳ vậy. Nghiên cứu các hành vi của loài nhện, tìm ra những bí mật trong hành vi của nó có ý nghĩa rất quan trọng đối với sự phát triển của khoa học kỹ thuật cao và cuộc sống của chúng ta.

Theo phân tích, tơ nhện nhỏ mảnh lại dai bền được quyết định bởi tỷ lệ tổ hợp của các axít amin trong protein tạo thành tơ nhện. Các nhà khoa học Mỹ đã tiến hành nghiên cứu sâu về tính đàn hồi, tính bền chắc cũng như kết cấu, công năng của tổ nhện. Từ trong cơ thể của một loài nhện châu Mỹ La tinh họ tìm ra một gien tạo tơ và thông qua công nghệ sinh học, đem cấy gien này vào trong cơ thể một loài khuẩn. Thế là loài khuẩn này sản xuất ra protein tạo thành tơ nhện, lấy chất pròtein đó làm nguyên liệu, các nhà khoa học đã sản xuất ra được loại tơ giống hệt tơ nhện. Qua thí nghiệm kiểm tra, độ bền của loại tơ này lớn gấp 5-10 lần sợi thép có cùng đường kính và có thể kéo dài ra tới 18% chiều dài của nó mà không đứt. Hiển nhiên, người ta đã nghĩ tới việc dùng chất này đN chế tạo ra loại vật liệu bền chắc giống như sợi silic lại rất nhẹ để làm lớp vỏ ngoài bảo vệ máy bay, áo chống đạn, mũ chống đạn, ô che và những bộ nữ trang lấp lánh đẹp đẽ, hiện đại.

Các nhà khoa học châu Âu đang thực hiện một kế hoạch nghiên cứu dùng chất protein tơ nhện nhân tạo trên để chế tạo ra các khớp xương sụn, cơ nhân tạo dùng cho người và các thứ băng bông dùng trong y học. Những vật dụng y tế này có ưu điểm lớn nhất là hầu như chúng không có phản ứng bài dị đối với các tổ chức trong cơ thể người, tuổi thọ lại tương đối dài, thường là từ 5-10 năm hoặc lâu hơn.

Gợi ý từ hiệu ứng bướm

Bướm thường được mọi người gọi là bông hoa biết bay bởi nó có một đôi cánh có màu sắc sặc sỡ và biến đổi đa dạng, Trong mắt mọi người thì cánh bướm và việc chống tiền giả, thẻ tín dụng giả là hai chuyện không hề liên quan với nhau. Nhưng các nhà khoa học đã gắn kết chúng lại.

Các nhà nghiên cứu Anh khi nghiên cứu màu sắc đôi cánh của loài bướm Đại Phượng đã phát hiện: Cánh của loài bướm này vốn có hai màu là vàng và lam, nhưng trong mắt người nó lại biến thành mầu lục với ánh sáng phản quang lấp lánh. Khi quan sát dưới kính hiển vi điện tử người ta phát hiện, trên cánh loài bướm này có vô số những rãnh nhỏ lõm xuống tạo ra những dốc nghiêng. Kích thước những rãnh nhỏ này chỉ khoảng vài micrômet. Đáy rãnh có màu vàng. Hai bên thành rãnh là màu lam. Khi tia sáng chiếu vào đáy rãnh, nó bị phản xạ và cho màu vàng, còn tia sáng chiếu vào một bên thành nghiêng của rãnh sẽ bị phản xạ, và chiếu đến thành bên kia. Ở đây, nó lại bị phản xạ tiếp. Lúc này vì kích thước rãnh quá nhỏ mắt người không thể phân biệt được màu vàng phản xạ từ đáy rãnh và màu lam được phản xạ hai lần xung quanh cho nên hiện lên trong mắt người chỉ có thể là màu lục.

Thế là các nhà khoa học áp những đặc điểm kết cấu cánh của loài bướm này chế tạo tiền giấy và thẻ tín dụng. Những kẻ làm giả đã không thể có được công nghệ tạo ra vô số những rãnh nhỏ với kích thước và mật độ phân bố như ở tiền và thẻ tín dụng thật, nên chỉ cần qua thiết bị quang học chuyên môn, người ta dễ dàng phát hiện chính xác được tiền và thẻ giả.

Một điều kỳ diệu nữa của những con bướm nhỏ cũng được tận dụng. Loài bướm dựa vào lớp vẩy trên cơ thê mình để khống chế nhiệt độ cơ thể. Các nhà khoa học vũ trụ phát hiện, khi ánh mặt trời chiếu thẳng, nhiệt độ không khí tương đối cao, thì lớp vẩy trên thân bướm sẽ tự động mở ra để giảm bớt góc độ bức xạ của tia sáng mặt trời, từ đó mà giảm bớt sự hấp thu nhiệt năng, nhưng khi nhiệt độ bên ngoài hạ thấp thì những lớp vẩy bướm tự động đóng kín lại, khiến cho ánh mặt trời chiếu thẳng lên lớp vẩy và hấp thu được nhiều nhiệt lượng hơn. Khả năng điều tiết tuyệt vời này giúp cho nhiệt độ cơ thể bướm luôn ổn định.

Gợi ý từ bí mật này đã giải quyết được một vấn đề khó khăn lớn về việc giữ cân bằng nhiệt độ cho các vệ tinh nhân tạo. Khi bay trong không gian, các vệ tinh nhân tạo sẽ hứng chịu bức xạ rất mạnh của ánh sáng mặt trời, nhiệt độ ở bề mặt hướng về mặt trời có thể cao tới 20000C, còn nhiệt độ bề mặt khuất thì lại thấp tới - 20000C, vì vậy mà các trang thiết bị tinh xảo trên vệ tinh rất dễ bị nổ cháy hoặc đông cứng. Đây từng là vấn đề đau đầu một thời của các nhà khoa học. Mô phỏng hệ thống điều tiết nhiệt độ trên cơ thể bướm, các nhà khoa học đã dễ dàng giải quyết được khó khăn đó.

Người máy mắt ruồi

Nhược điểm lớn nhất của người máy hiện nay là sự vụng về mà sự vụng về này thường có nguyên nhân từ sự thiếu nhạy cảm của bộ cảm biến thị giác và sự máy móc của bộ cảm biến phản ứng.

Các nhà khoa học Pháp khi nghiên cứu một thế hệ người máy mới đã phát hiện, rất nhiều côn trùng hành động không những nhanh nhạy mà còn rất chuẩn xác. Thế là họ chọn ruồi làm đối tượng nghiên cứu và phát hiện thấy rằng: khi con ruồi bay thẳng, nó trông thấy chỉ là không gian hai chiều, cơ bản không cần phải xét tới "độ cao", chỉ khi chuyển hướng, nó mới cần xử lý đến thông tin không gian ba chiều là "độ cao" để tránh va đập vào chướng ngại.

Các nhà khoa học đã căn cứ vào tỷ lệ của một con ruồi 10mg chế tạo ra một người máy 10 kg. Người máy mắt ruồi này có một đôi mắt phức tạp được tạo thành từ 1.000 chiếc mắt nhỏ giống như những thấu kính. Người máy này sẽ căn cứ vào những dữ liệu thông tin thu được từ mỗi thấu kính để có những phản ứng trước những thay đổi của môi trường, từ đó có được tính linh hoạt như một con ruồi thực.

Ngoài ra các nhà khoa học còn phát hiện, bề mặt mắt của ruồi được tạo thành từ hàng loạt những ô nhỏ dạng hình bình hành lồi lên, độ cao là 145 nanômet, cách nhau khoảng 240 nanômet. Kết cấu này khiến cho ruồi có thế tiếp nhận tia sáng lệch 72 độ so với phương thẳng giúp cho nó có thể giảm rất lớn được sự phản xạ ánh sáng. Vì vậy, nếu mô phỏng kết cấu này của mắt ruồi để thiết kế ra những tấm pin mặt trời thì năng lượng sản xuất ra có thể tăng hơn được 10%.

Ánh sáng đom đóm làm đẹp môi trường

Trên thế giới có khoảng hơn 1.500 loài đom đóm. Chúng được các nhà khoa học gọi là các "chuyên gia quang điện". Qua nghiên cứu, các nhà khoa học đã phát hiện được ra nguyên lý đom đóm phát quang. Ánh sáng đom đóm phát ra nhờ sự kết hợp của hai loại chất huỳnh quang tố và huỳnh quang môi. Huỳnh quang tố là một hất chịu nhiệt cao, dễ bị ôxi hoá; huỳnh quang môi là chất xúc tác, đó là một loại protein kết tinh không chịu nhiệt, có phân tử lượng nhỏ. Dưới tác dụng của huỳnh quang môi, huỳnh quang tố bị thuỷ phân trong tế bào và hoá hợp với ôxi mà phát ra ánh sáng. Vì loại ánh sáng này không chứa tia hồng ngoại, không phát nhiệt nên gọi là ánh sáng lạnh. Dựa vào nguyên lý này, hiện nay các nhà khoa học đã nghiên cứu chế tạo ra nhiều loại bột huỳnh quang, dưới tác dụng của các chất kích hoạt, nó có thể phóng ra ánh sáng lạnh rất đẹp mắt. Điều vui hơn là cùng với sự phát triển của sinh học phân tử, hiện nay, các nhà khoa học đã phân tách thành công gien phát quang của đom đóm, bằng công nghệ di truyền cấy vào trong các loài hoa cỏ khiến cho những cây hoa cỏ này nhấp nháy sáng. Đồng thời, bằng bột huỳnh quang sản xuất theo cách này, họ chế tạo ra những bức tường phát quang không có bức xạ nhiệt hoặc những thể phát quang sinh ra ánh sáng lạnh, điều này có ý nghĩa vô cùng to lớn đối với các phòng phẫu thuật trong y học, các phòng thí nghiệm và bộ đội hoạt động vào ban đêm.

Tác phẩm, tác giả, nguồn

  • Tác phẩm: Ánh sáng khoa học kỹ thuật
  • Biên dịch: Tuấn Minh
  • Nhà xuất bản Lao Động 2007
  • Ebook: www.thuvien-ebook.com
"Like" us to know more!