Lý do quân đội Mỹ đổ tiền nghiên cứu con bề bề

Bề bề (tôm tít, tôm tích, tôm búa…) nhìn vừa giống tôm và vừa giống bọ ngựa, nên chúng được đặt tên tiếng Anh là Mantis shrimp (tôm bọ ngựa).

Khi bắt mồi, bề bề búng càng ra với tốc độ điện xẹt, nhanh hơn cả viên đạn đang bay. Cũng chỉ với một cú ra đòn nhanh như chớp đó, bề bề đập vỡ vỏ ốc hoặc giết chết một con bạch tuộc.

Đó là lý do tại sao quân đội Mỹ đang tài trợ cho các nhà nghiên cứu của hai trường đại học Mỹ nổi tiếng, Harvard và Duke, giải mã một trong những bí ẩn của tự nhiên. Làm sao mà loài tôm tít nhỏ bé (dài khoảng nửa gang tay), không có nhóm cơ lớn lại có thể kiếm mồi, tiêu diệt kẻ thù với tốc độ đáng kinh ngạc như vậy? Quân đội Mỹ tin rằng, họ sẽ đạt được trình độ cơ học phi thường này.

Cơ chế lò xo

Nhận tài trợ của quân đội, các nhà khoa học sử dụng công nghệ chụp ảnh, quay phim tốc độ siêu cao để theo dõi chi tiết đòn thế của bề bề, Breaking Defense đưa tin ngày 1/10.

Thông cáo báo chí của quân đội viết: “Nhiều động vật nhỏ như ếch, tắc kè..., thậm chí một số loài thực vật, tạo ra chuyển động cực nhanh bằng cách tích trữ năng lượng đàn hồi và nhanh chóng giải phóng năng lượng thông qua một cơ chế chốt, giống như một cái bẫy chuột. Ở bề bề, hai cấu trúc nhỏ nằm trong gân của các cơ, gọi là sclerites, đóng vai trò như chốt của bộ càng. Trong một cơ chế nạp lò xo điển hình, một khi tháo chốt vật lý, lò xo sẽ giải phóng ngay năng lượng dự trữ, nhưng khi sclerites mở chốt trong càng của bề bề, sẽ có một độ trễ ngắn nhưng đáng chú ý”.

Ông Hyun Nak-seung là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Trường Kỹ thuật và Khoa học ứng dụng John A. Paulson, Đại học Harvard và là đồng tác giả đầu tiên của bài báo nghiên cứu về tốc độ và sức mạnh kỳ lạ của bề bề. Ông giải thích: “Rõ ràng là có một cơ chế khác giữ phần càng của bề bề, nhưng không ai có thể phân tích cách thức hoạt động của cơ chế kia. Nó giống như khi chuột sa chân, kích hoạt bẫy chuột. Nhưng thay vì sập ngay lập tức, có một độ trễ đáng chú ý trước khi nó sập”.

Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã xây dựng một mô hình để thử và giải thích cơ chế “bung lò xo” ở bề bề hoạt động như thế nào. Họ phát hiện ra rằng, thiết kế hoặc kiến trúc tự nhiên của bề bề về cơ bản hoạt động như một yếu tố trì hoãn, dường như giúp tăng tốc hoạt động búng càng. Các nhà sinh vật học đã đưa ra giả thuyết rằng điều này là đúng. Hình dạng của càng đóng vai trò chốt phụ, kiểm soát chuyển động của càng trong khi nó tiếp tục tích trữ năng lượng.

Các nhà sinh vật học có thể xây dựng mô hình để mô phỏng hành động này. Sau khi thử nghiệm mô hình robot, họ phát hiện ra rằng, thực sự, sau khi sclerites mở chốt, hình học của cơ chế sẽ tiếp quản, giữ càng ở vị trí cho đến khi nó đạt đến điểm quá tâm và sau đó chốt nhả ra.

“Loài giáp xác ngoan cường này có thể mở đường cho các thiết bị robot nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ cho quân đội”, thông cáo từ Phòng thí nghiệm nghiên cứu phát triển năng lực chiến đấu của quân đội Mỹ viết.

“Ý tưởng về lò xo nén được giải phóng bởi một chốt là yếu tố quan trọng trong thiết kế cơ khí, nhưng nhóm nghiên cứu đã công phu quan sát thấy rằng các kỹ sư vẫn chưa đạt được hiệu suất tương tự thiết bị truyền động lò xo qua trung gian mà chúng tôi tìm thấy trong tự nhiên. Bằng cách bắt chước giống hơn hình dạng sinh lý học của bề bề, nhóm nghiên cứu đã có thể vượt 10 lần gia tốc mà các chi trong thiết bị robot khác tạo ra”, ông Dean Culver, người quản lý chương trình tại phòng thí nghiệm, cho biết.

Video về tốc độ bắt mồi của bề bề và robot mô phỏng cú ra đòn nhanh nhất thế giới của loài giáp xác này. Nguồn: Breaking Defense.

Ứng dụng thực tế

“Một trong những ví dụ dễ hình dung nhất là vận động viên nhảy cầu. Nhảy là một nhiệm vụ cực kỳ khó thực hiện đối với các thiết bị truyền động thông thường bởi vì một bước nhảy tuyệt vời đến từ rất nhiều năng lượng được giải phóng cùng một lúc theo cách được kiểm soát rất chặt chẽ", ông Culver nói với Breaking Defense.

Một ứng dụng khác là ném, rất hữu ích đối với robot. Đó cũng là một chuyển động được hưởng lợi từ việc giải phóng rất nhiều năng lượng trong một thời gian ngắn.

Việc kết hợp những vụ bùng phát năng lượng trong khoảnh khắc kiểu như cơ chế vận động của chân có thể tạo ra thiết bị có khả năng nhảy một phát là tới nóc tòa nhà cao tầng.

Kết quả nghiên cứu về tốc độ ra đòn của bề bề được đăng lần đầu trong Kỷ yếu của Viện Khoa học Quốc gia Mỹ.

Thái An