Thứ tư, 24/04/2019 11:03 (GMT +7)

| Hotline: 0983.970.780

Bí ẩn cá hải tượng và lớp vẩy siêu bền

Thứ Bảy 26/10/2019 , 13:15 (GMT+7)

Ở sông Amazon, Nam Mỹ có một loài cá xa xưa rất đặc biệt. Nó là loài cá nước ngọt lớn nhất hành tinh. Và nay không quân Mỹ đang nghiên cứu để tìm ra nguyên nhân vì sao cá hải tượng lại có thể sống sót trong vùng nước đầy rẫy cá ăn thịt piranha hung tợn.

11-16-12_lex-reeson-reuters
Cá hải tượng là loài cá nước ngọt lớn nhất hành tinh.

Tất nhiên không quân Mỹ không rảnh việc để đi làm thay công việc của các nhà sinh vật học. Họ đang muốn biết bí mật ẩn sau lớp vỏ cứng của cá hải tượng (arapaima), cái gì khiến những chiếc vảy của chúng có thể chống chịu những hàm răng sắc như dao cạo, để từ đó, chế tạo ra các loại vật liệu tốt hơn cho con người và đặc biệt là ứng dụng trong việc sản xuất máy bay chiến đấu.
 

Bộ vẩy tiến hóa trong hàng triệu năm

Bài báo trên tạp chí Popular Mechanics nói rằng không quân Mỹ đang có chương trình nghiên cứu bằng cách nào một con cá Amazon có thể sống sót trong vùng nước đầy những con cá piranha tuy không lớn nhưng sống thành từng bầy và cực kỳ hung tợn, sẵn sàng cắn xé bất cứ thứ gì có thịt khi chúng đói.

Cá hải tượng, hay hải tượng long, là loài cá bơi chậm, to lớn như một quả ngư lôi, có thể trở thành miếng mồi ngon cho đám cá piranha luôn đói ngấu nghiến, nhưng điều này không xảy ra nhờ cá hải tượng có một bộ vảy đã tiến hóa trong nhiều triệu năm loài cá cổ xưa này tồn tại. Và đây là lý do không quân Mỹ đổ tiền ra nghiên cứu lớp vảy của loài cá này.

Cá hải tượng có cái đầu bẹt giống cá quả, có thể hít thở không khí bằng một bộ phận tương tự như phổi động vật có vú, có nhiều ở Brazil, Peru hay Guyana. Cá hải tượng là một trong vài loài cá nước ngọt lớn nhất thế giới, có thể dài đến 3,3m, nặng tới 200kg. Bởi cá có khả năng hít thở không khí, ngớp không khí để tồn tại nên nó có thể sống trong những vùng nước nông nghèo oxy.

11-16-12_501353_shutterstock_757650418_879178_crop_crop
Cá hải tượng có cái đầu bẹt như cá quả.

Nhưng thứ giúp hải tượng sống sót là bộ giáp có thể chống chọi các cú đớp của loài cá săn mồi dữ tợn, đặc biệt là cá piranha chuyên tấn công và ăn vật sống. Theo tin của Reuters, nhưng chiếc vẩy của cá hải tượng rất đặc, rất khó xuyên thủng dù vẫn dẻo. Các nhà nghiên cứu cho rằng đây là kết quả tiến hóa trong hàng triệu năm, trong môi trường đầy thứ cá chết chóc như piranha.

Các thí nghiệm cho thấy vẩy cá hải tượng “có một lớp khoáng chất cứng bên ngoài chống xuyên thủng, bên trong là một lớp khác dai nhưng dẻo là collagen- cấu trúc protein chính trong da và các mô kết nối khác của cơ thể”. Các chuyển động tương tự một cú cắn mạnh chỉ có thể làm biến dạng nhưng không thể phá hủy lớp collagen này.

Năm 2013, Phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley National và UC Berkeley ở Mỹ nghiên cứu vẩy cá hải tượng, phát hiện ra sợi collagen trên mình cá “được sắp xếp theo các phiến song song, mỗi tấm vẩy được uốn cong một chút tùy theo tấm vẩy phía trên và phía dưới”.

Sau đó, một nghiên cứu của Bộ Năng lượng Mỹ viết: “Lớp vẩy phía trong của cá hải tượng có thể vặn xoắn và ép khi chịu lực… các tấm vẩy này có thể trở lại tình trạng ban đầu để chống lại các lực. Việc này gia tăng cả sức mạnh lẫn khả năng cưỡng lại tình trạng nứt vỡ”.

11-16-12_fullsizeoutput_164-1024x683
Hàm răng cực kỳ sắc bén của một con cá piranha.

Các tính chất của vẩy cá hải tượng đã khiến một số người nghĩ đến khả năng ứng dụng. Một nhóm nghiên cứu ở California, Mỹ chỉ ra một hướng ứng dụng nhằm cải thiện các loại giáp quân sự hạng nhẹ. Tuy nhiên, các thiếu sót trong việc in 3D đồng nghĩa rằng một tấm áo chống đạn bao phủ bằng vẩy có thể còn cần thêm thời gian hoàn tất.
 

Kết cấu siêu đẳng

Có trong tay các miếng vẩy cá hải tượng, nhóm nghiên cứu bắt đầu tìm hiểu độ bền chắc của chúng và nhận thấy đây là một trong những kết cấu chống nứt vỡ tốt nhất trong tự nhiên.

11-16-12_fishermen-lod-recenly-ctched-rpim-lso-known-s-news-photo-1571342243
Cá hải tượng đang phải đối diện với tình trạng đánh bắt quá mức.

“Lớp vỏ cứng ngoài cùng chính là chìa khóa”, nhà nghiên cứu Robert Ritchie của đại học tổng hợp California, Berkeley, nói. “Vẩy cá được kết cấu từ collagen và khoáng chất, nhưng cơ bản là lớp vỏ ngoài có mật độ khoáng chất cao hơn nhiều và giúp vẩy cứng hơn”.

Sử dụng kính hiển vi điện tử để quan sát lớp bên trong, các nhà khoa học nhận thấy cách bố trí các sợi cơ giống như một cầu thang xoắn ốc, giống như kết cấu Bouligand. Điều này có nghĩa là nếu một loại động vật săn mồi cắn xuyên qua lớp vỏ dai cứng bên ngoài, các sợi cơ có thể biến dạng và rời ra theo các hướng khác nhau và điều này khiến khả năng nứt vỡ bị hạn chế. “Đây là phương cách đầy hiệu quả trong việc chống lại hiện tượng gãy, vỡ”, nhà nghiên cứu Ritchie nói thêm.

Sự kết hợp giữa các lớp cứng và mềm trên vẩy cá hải tượng cũng tương tự kết cấu của các loại áo giáp chống đạn ngày nay. Tuy nhiên, trong khi tự nhiên xây dựng kết cấu bền chắc này từ phân tử, tạo ra một khoảng “chuyển giao” tinh tế giữa các lớp, thì các loại vật liệu tổng hợp sử dụng chất kết dính, tạo ra một một trường mà theo nhà nghiên cứu Ritchie, là nơi các lớp vật chất có xu hướng rời ra hoặc nứt gãy, làm yếu đi vật liệu.

Dương Văn, nhà nghiên cứu của đại học Berkeley, nói đội thí nghiệm đang nghiên cứu cách mô phỏng lại kết cấu xoắn ốc của vẩy cá hải tượng, nhưng việc này đầy thách thức với các kỹ thuật thiết kế thông thường. “Công nghệ in 3D có thể có khả năng giải quyết vấn đề nếu các khiếm khuyết hiện tại được giải quyết triệt để”, nhà nghiên cứu Ritchie nói.

“Tôi rất ngạc nhiên khi thấy vẫn những vật chất được sử dụng để gia cường cho vật liệu composite được tìm thấy trong một chiếc vẩy cá… nó rất có lý”, giáo sư Jan-Henning Dirks chuyên ngành kết cấu sinh học thuộc đại học Khoa học ứng dụng ở Đức nói.

(Kiến thức gia đình số 43)

Thủ tướng Hun Sen kêu gọi công nhân về quê trồng rau

Thủ tướng Hun Sen kêu gọi công nhân về quê trồng rau

Cuộc sống muôn màu 10/08/2020 - 14:44

Thủ tướng Hun Sen viết trên Facebook cá nhân, khuyến khích công nhân các nhà máy hãy trồng nhiều rau để kiếm thêm thu nhập, phụ giúp gia đình.

Xu hướng thực phẩm sau đại dịch

Xu hướng thực phẩm sau đại dịch

Cuộc sống muôn màu 07/08/2020 - 06:10

Hậu quả tàn khốc của đại dịch nên là chất xúc tác để chúng ta mở rộng khẩu vị, kiến thức, nhận thức và góp phần xây dựng một hệ thống thực phẩm hiệu quả...

Người châu Á thay đổi thói quen ăn uống

Người châu Á thay đổi thói quen ăn uống

Cuộc sống muôn màu 06/08/2020 - 06:10

Đại dịch virus Corona thay đổi thói quen ăn uống của người dân châu Á cả trong ngắn hạn lẫn dài hạn, theo một khảo sát mới công bố.

Covid-19 thay đổi thói quen của người Mỹ

Covid-19 thay đổi thói quen của người Mỹ

Cuộc sống muôn màu 05/08/2020 - 06:35

Có đến 85% người Mỹ thay đổi thực phẩm họ ăn hoặc cách chế biến thực phẩm do ảnh hưởng của đại dịch Covid-19.

Australia: Huy động quân đội, phạt nặng để thực thi cách ly

Australia: Huy động quân đội, phạt nặng để thực thi cách ly

Cuộc sống muôn màu 04/08/2020 - 15:34

Victoria - bang đông dân thứ hai Australia bắt đầu triển khai quân đội từ 4/8 để kiểm soát lệnh cách ly xã hội cưỡng bức nhằm ngăn chặn đà lây lan của dịch Covid-19.

CP Group đứng thứ 21 danh sách ‘gia tộc giàu nhất thế giới’

CP Group đứng thứ 21 danh sách ‘gia tộc giàu nhất thế giới’

Cuộc sống muôn màu 04/08/2020 - 12:01

Theo bảng xếp hạng “Những gia tộc giàu nhất thế giới” của Bloomberg, Tập đoàn Charoen Pokphand (CP) của nhà tài phiệt Thái Lan Chearavanonts đã sém chút nữa lọt vào top 20.

Thói quen khó tin ở châu Âu thời Trung cổ

Thói quen khó tin ở châu Âu thời Trung cổ

Cuộc sống muôn màu 04/08/2020 - 06:10

Khi dịch hạch tấn công châu Âu vào thế kỷ 14, có khá nhiều lý thuyết kỳ lạ liên quan tới thực phẩm và sức khỏe được đưa ra.

Đề nghị đổi tên sân bay mang tên cố lãnh đạo Lý Đăng Huy

Đề nghị đổi tên sân bay mang tên cố lãnh đạo Lý Đăng Huy

Cuộc sống muôn màu 02/08/2020 - 10:06

Ý tưởng này đưa ra nhằm thay thế tên gọi hiện tại của sân bay quốc tế Đào Viên ở Đài Bắc để vinh danh nhà cố lãnh đạo Lý Đăng Huy vừa qua đời.

Cựu lãnh đạo Đài Loan & giấc mơ ‘Wagyu hóa đàn bò’

Cựu lãnh đạo Đài Loan & giấc mơ ‘Wagyu hóa đàn bò’

Cuộc sống muôn màu 31/07/2020 - 16:13

Cựu lãnh đạo Đài Loan Lý Đăng Huy đã qua đời ở tuổi 97 khi giấc mơ “thay máu” ngành công nghiệp chăn nuôi bò vẫn chưa thành hiện thực.

Xu thế xóa bỏ đập nước ở Hoa Kỳ

Xu thế xóa bỏ đập nước ở Hoa Kỳ

Cuộc sống muôn màu 31/07/2020 - 06:10

Trong khi đập có thể mang lại lợi ích cho xã hội, chúng cũng gây ra tác hại đáng kể cho các dòng sông.

Hồi chuông báo động từ thảm họa vỡ đập ở Michigan

Hồi chuông báo động từ thảm họa vỡ đập ở Michigan

Cuộc sống muôn màu 30/07/2020 - 06:10

Sự cố vỡ đập ở Michigan (Mỹ) ngày 19/5/2020 buộc cả chục ngàn cư dân phải sơ tán.

Vợ cũ Jeff Bezos quyên góp gần 1,7 tỷ USD làm từ thiện

Vợ cũ Jeff Bezos quyên góp gần 1,7 tỷ USD làm từ thiện

Cuộc sống muôn màu 29/07/2020 - 14:43

Vợ cũ của Jeff Bezos, người sáng lập Amazon, quyên góp gần 1,7 tỷ USD làm từ thiện trong năm ngoái, bà tiết lộ.

Xem thêm
Bài 7: 4 nguyên tắc của Anova

Bài 7: 4 nguyên tắc của Anova

Để bảo vệ đàn heo của mình, Anova đã chủ động áp dụng các biện pháp đảm bảo an toàn sinh học và nâng cao sức đề kháng của vật nuôi.

Tuyên bố chung Mỹ- Úc lên án Trung Quốc yêu sách ở Biển Đông

Tuyên bố chung Mỹ- Úc lên án Trung Quốc yêu sách ở Biển Đông

Trong tuyên bố chung Mỹ- Úc, bốn vị Bộ trưởng Ngoại giao và Quốc phòng đã lên án các yêu sách hàng hải của Trung Quốc ở Biển Đông là "không thể chấp nhận được".

Mỹ mời Trung Quốc đàm phán kiểm soát vũ khí

Mỹ mời Trung Quốc đàm phán kiểm soát vũ khí

Mỹ ngày 9/7 mời Trung Quốc đàm phán về kiểm soát vũ khí, nhận thấy có thể tổ chức đối thoại ba bên với Nga dù còn có khác biệt.