Những con robot nhỏ xíu, không
lớn bằng một tế bào, có thể được sản xuất đại trà bằng cách sử dụng một phương
pháp mới do các nghiên cứu gia đến từ Viện Công nghệ Massachusetts xây dựng. Các
thiết bị bé xíu có tên là “syncells” (tế bào tổng hợp) cuối cùng có thể được sử
dụng để giám sát tình trạng bên trong một ống dầu hoặc khí đốt, hoặc để tìm ra
bệnh trong khi nổi lơ lửng theo dòng máu.
Chìa khóa để sản xuất số lượng
lớn những thiết bị bé xíu thế này nằm ở một phương pháp mà nhóm nghiên cứu đã
xây dựng để kiểm soát quá trình nứt gãy tự nhiên của các vật liệu mỏng giòn,
điều khiển các đường nứt gãy để những đường ấy tạo ra các túi nhỏ có kích thước
và hình dạng có thể đoán trước được. Bên trong những túi này là các mạch điện và
các chất liệu có thể thu thập, ghi chép và tạo ra dữ liệu.
Quá trình mới lạ này được mô tả
trong một nghiên cứu do giáo sư Michael Strano đến từ Viện Công nghệ
Massachusetts, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Pingwei Liu, sinh viên tốt nghiệp
Albert Liu và 8 nghiên cứu gia khác đến từ Viện Công nghệ Massachusetts công bố
hôm nay trên tạp chí Nature Materials.
Hệ thống này sử dụng dạng cacbon
hai chiều có tên graphene, dạng cacbon này hình thành cấu trúc bên ngoài của các
tế bào tổng hợp bé xíu này. Một lớp của vật liệu này được đặt lên mặt phẳng. Sau
đó, một lớp graphene thứ hai nằm trên cùng.
Graphene là một chất liệu rất
mỏng nhưng cực kỳ rắn chắc. Graphene thực ra cũng rất giòn. Nhưng thay vì xem
tính giòn này là một vấn đề khó khăn, nhóm nghiên cứu nghĩ rằng có thể tận dụng
tính giòn này.
“Chúng tôi phát hiện bạn có thể
tận dụng tính giòn này”, giáo sư Strano cho biết. Trước công trình nghiên cứu
này, nếu bạn bảo tôi bạn có thể bẻ gãy một vật liệu để điều chỉnh hình dạng của
vật liệu ấy ở quy mô nano, tôi sẽ hoài nghi”.
Nhưng hệ thống mới này làm được
điều đó. Hệ thống này điều khiển quá trình nứt gãy để quá trình ấy tạo ra những
mảnh vật liệu có cùng hình dạng và kích thước chứ không phải tạo ra những mảnh
vật liệu ngẫu nhiên, giống như tàn tích của một cửa sổ bị vỡ.
Khi lớp graphene trên cùng được
đặt lên một dãy những chấm polime sắp xếp ngay ngắn, tạo thành những hình cột
tròn, tại đây lớp graphene này phủ lên các đường rìa tròn của những cây cột ấy.
“Kết quả là, những vết nứt gãy được tập trung dọc theo các đường biên này. Và
sau đó sẽ xảy ra một số điều khá kinh ngạc: Lớp graphene sẽ gãy hoàn toàn, nhưng
vết gãy ấy sẽ được dẫn dắt xung quanh ngoại biên của cây cột”, Strano cho biết.
Kết quả tạo ra một miếng
graphene tròn, nhỏ trông như thể được cắt ra bằng một máy bấm lổ rất nhỏ.
Các nghiên gia còn cho thấy rằng
ngoài graphene, những vật liệu hai chiều khác, như
molypden disunfua
và hexagonal
boronitride, cũng có tác dụng tương tự.
Những robot giống tế bào
Có kích thước từ một tế bào hồng
cầu của người, khoảng 10 micromet, cho đến gấp khoảng 10 lần kích thước ấy,
những vật bé xíu này “bắt đầu trông giống và hành xử giống một tế bào sinh vật
sống. Trên thực tế, dưới kính hiển vi, bạn có thể thuyết phục mọi người rằng đó
là một tế bào”, Strano cho biết.
Công trình nghiên cứu này theo
sau một nghiên cứu trước đây của Strano và các sinh viên của ông về việc phát
triển những tế bào tổng hợp có thể thu thập thông tin về hóa học và các tính
chất khác của môi trường xung quanh bằng cách sử dụng những cảm biến trên bề mặt
của chúng, và lưu trữ thông tin ấy cho việc phục hồi sau này, chẳng hạn như bơm
một nhóm hạt như thế vào một đầu cuối của một ống dẫn dầu và thu lại những hạt
ấy ở đầu cuối bên kia để lấy dữ liệu về các tình trạng bên trong ống dẫn dầu ấy.
Mặc dù các tế bào tổng hợp mới này chưa có nhiều khả năng như những tế bào tổng
hợp trước đây nhưng công trình nghiên cứu này chứng minh một cách sản xuất đại
trà những thiết bị như thế.
Theo Albert Liu, ngoài những ứng
dụng tiềm năng của các tế bào tổng hợp này trong trong ngành công nghiệp hoặc y
sinh học thì bản thân cách sản xuất những thiết bị nhỏ này cũng là một cải tiến
có nhiều tiềm năng.
“Tôi nghĩ điều này mở ra một
công cụ hoàn toàn mới cho việc sản xuất những thiết bị nhỏ và cực nhỏ”, ông cho
biết.
AT (Science
Daily)