Tạo ra thiết bị tàng hình nhờ… côn trùng

Giải mã brochosome

Các hạt nhỏ, độc đáo này có hình dạng khác thường giống quả bóng đá với các lỗ rỗng. Tác dụng chính xác của chúng đối với những con rầy là một điều bí ẩn từ những năm 1950.

Đến năm 2017, Tak-Sing Wong - giáo sư kỹ thuật cơ khí và kỹ thuật y sinh Đại học Bang Pennsylvania (Mỹ) lãnh đạo nhóm nghiên cứu đầu tiên tạo ra phiên bản cơ bản, tổng hợp của brochosome nhằm hiểu rõ hơn về chức năng của chúng.

Lin Wang - học giả sau tiến sĩ về kỹ thuật cơ khí và là tác giả chính của nghiên cứu trên cho biết, khám phá này có thể rất hữu ích cho việc đổi mới công nghệ. Với chiến lược mới nhằm điều chỉnh sự phản xạ ánh sáng trên bề mặt, chúng ta có thể che giấu dấu hiệu nhiệt của con người hoặc máy móc. Một ngày nào đó con người có thể phát triển áo choàng tàng hình nhiệt dựa trên thủ thuật mà con rầy sử dụng.

“Công việc của chúng tôi cho thấy sự hiểu biết về thiên nhiên có thể giúp chúng ta phát triển các công nghệ hiện đại như thế nào” – ông Lin Wang nói và tiếp tục giải thích rằng, mặc dù các nhà khoa học đã biết về các hạt brochosome trong 3/4 thế kỷ, nhưng việc chế tạo chúng trong phòng thí nghiệm vẫn là một thách thức do tính phức tạp về hình dạng của hạt.

Theo ông Lin Wang, hiện chưa rõ tại sao những con rầy lại tạo ra hạt có cấu trúc phức tạp như vậy. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra những brochosome này bằng phương pháp in 3D công nghệ cao trong phòng thí nghiệm.

Họ nhận thấy những hạt được này có thể giảm phản xạ ánh sáng tới 94%. Điều này là một khám phá lớn, bởi đây là lần đầu tiên chúng ta thấy thiên nhiên chi phối ánh sáng theo cách của riêng mình.

Nhiều giả thuyết được đưa ra về lý do con rầy khoác lên mình một lớp áo giáp brochosome, từ việc giữ chúng không bị nhiễm chất gây ô nhiễm và nước cho đến tạo ra lớp áo tàng hình. Tuy nhiên, kiến thức về hình học của brochosome cho thấy rất có thể mục đích chính của nó là để tránh những kẻ săn mồi, theo giáo sư Tak-Sing Wong.

Bên cạnh đó, kích thước của các lỗ trên brochosome khiến nó có hình dạng rỗng, giống quả bóng đá là rất quan trọng. Đặc biệt, kích thước này nhất quán cho tất cả loài rầy này. Các brochosome có đường kính khoảng 600 nanomet, bằng khoảng một nửa kích thước của một vi khuẩn và các lỗ của brochosome có đường kính khoảng 200 nanomet.

“Điều đó khiến chúng tôi đặt ra một câu hỏi, tại sao lại có kích cỡ giống nhau này? Bí mật để có những brochosome có kích thước khoảng 600 nanomet với lỗ khoảng 200 nanomet là gì? Điều đó có phục vụ mục đích nào đó không?”, ông Wong nói.

Con rầy lá tạo ra các brochosome để phủ lên bề mặt cơ thể của chúng.

Triển vọng công nghệ lớn

Các nhà nghiên cứu nhận thấy thiết kế độc đáo của brochosome phục vụ mục đích kép. Đó là hấp thụ tia cực tím (UV), làm giảm tầm nhìn của kẻ săn mồi có tầm nhìn tia cực tím (như chim và bò sát), đồng thời tán xạ ánh sáng, tạo ra lá chắn chống phản xạ, phòng các mối đe dọa tiềm ẩn. Kích thước của các lỗ là hoàn hảo để hấp thụ ánh sáng ở tần số tia cực tím.

Điều này có khả năng mang lại nhiều ứng dụng cho con người sử dụng brochosome tổng hợp. Trong đó, giúp hệ thống thu hoạch năng lượng Mặt trời hiệu quả hơn, làm kem chống nắng tiên tiến giúp bảo vệ da tốt hơn trước tác hại của ánh nắng Mặt trời. Các nhà nghiên cứu cũng đang xem xét việc phát triển áo choàng tàng hình hoặc thiết bị ngụy trang lấy cảm hứng trực tiếp từ loài rầy.

Để kiểm tra những điều trên, trước tiên, nhóm phải đối mặt với thách thức lớn là tạo ra các brochosome tổng hợp. Trong nghiên cứu năm 2017, các nhà khoa học mô phỏng một số đặc điểm của brochosome, đặc biệt là các lỗ và sự phân bố của chúng, bằng vật liệu tổng hợp. Tuy nhiên, họ chỉ có thể tạo ra thứ gì đó trông giống như những chiếc brochosome chứ không phải là một bản sao chính xác.

“Đây là lần đầu tiên chúng tôi có thể tạo ra hình dạng chính xác của brochosome tự nhiên” - Giáo sư Wong nói và giải thích rằng các nhà nghiên cứu có thể tạo ra các bản sao tổng hợp theo tỷ lệ của cấu trúc brochosome bằng cách sử dụng công nghệ in 3D tiên tiến.

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một phiên bản thu nhỏ có kích thước tương đương 1/5 đường kính sợi tóc người, đồng thời tái tạo chính xác hình dạng và hình thái, cũng như số lượng và vị trí của các lỗ.

Các brochosome giả tuy nhỏ nhưng đủ lớn để mô tả đặc điểm về mặt quang học. Nhóm nghiên cứu hiện muốn cải tiến quy trình sản xuất brochosome tổng hợp với hy vọng tiến gần hơn đến kích thước thực của chúng.

Giáo sư Wang lưu ý rằng công trình brochosome của họ thể hiện giá trị của phương pháp nghiên cứu mô phỏng sinh học, nơi các nhà khoa học tìm đến thiên nhiên để lấy cảm hứng. Ông cho rằng thiên nhiên là người thầy tốt để các nhà khoa học phát triển các vật liệu tiên tiến mới.