Thuyền in 3D nhỏ nhất thế giới

Những mẫu thiết kế bằng máy in 3D siêu nhỏ của nhóm nghiên cứu của Đại học Leiden (Hà Lan).

Được tạo ra bằng công nghệ 3D

Phát minh mới này là một bản sao thu nhỏ của chiếc thuyền “Benchy”. Đây là cấu trúc thử nghiệm thường được sử dụng để kiểm tra tính hiệu quả của máy in 3D. Con thuyền tí hon này chỉ là một trong nhiều cấu trúc do các nhà nghiên cứu tạo ra, nhằm tìm hiểu microswimmer. Đây là các hạt nhỏ có thể di chuyển trong chất lỏng và được kính hiển vi theo dõi.

Được gọi là con thuyền nhỏ nhất thế giới, phiên bản thu nhỏ của “Benchy” này chỉ bằng khoảng 1/3 độ dày sợi tóc người của người. Theo bà Daniela Kraft - nhà vật lý tại Trường Đại học Hà Lan, thực tế, con thuyền vô cùng nhỏ, đến mức thậm chí mọi người không thể nhìn thấy thứ này bằng mắt thường. Kraft và các đồng nghiệp đã quyết định in một con thuyền, thay vì xe tải hoặc một số vật thể ngẫu nhiên khác. Bởi, tệp soạn thảo có sự hỗ trợ của máy tính cho con tàu là một thử nghiệm phổ biến được sử dụng trong in 3D, dù thường ở quy mô lớn hơn nhiều.

Bà Kraft cho hay, được biết đến với cái tên “3Dbenchy”, con thuyền đóng vai trò như một loại tiêu chuẩn để giúp xác định khả năng của một máy in nhất định, dựa trên khả năng hoàn thành các “tính năng khó in” khác nhau. Một ví dụ là, bên trong buồng lái, có một số hình học độc đáo khó in được, chưa nói đến quy mô thu nhỏ này. Công trình này đã chứng minh máy in “Nanoscribe Photonic Professional” của nhóm có thể chế tạo ngay cả những vật thể in 3D nhỏ nhất. Nhưng nó không phải là loại máy in 3D thương mại mà mọi người có thể dễ dàng tìm thấy.

Chia sẻ về chiếc thuyền in 3D nhỏ nhất thế giới, bà Kraft cho biết: “Chúng tôi tập trung tia laser vào bên trong một giọt nhỏ. Nếu dịch chuyển tia laser qua giọt nhỏ, chúng ta sẽ tạo ra cấu trúc mà mình mong muốn. Ví dụ, nếu chúng ta di chuyển nó theo một đường xoắn, chúng ta đang viết một đường xoắn ốc”.
Trên trang web chính thức của Nanoscribe, nhóm nghiên cứu gọi sản phẩm này là “máy in 3D có độ phân giải cao nhất thế giới”. Theo các nhà khoa học, máy in 3D này đã giúp nhiều nhóm nghiên cứu hoàn thành ít nhất 850 dự án tại hơn 30 quốc gia.

Thật không may, vì chiếc thuyền quá nhỏ để có thể nhìn thấy, Kraft và các đồng nghiệp cho biết, họ sẽ không đặt “3Dbenchy” trên bàn làm việc như một vật kỷ niệm “kỳ quặc”. Tuy nhiên, họ đã sử dụng một máy in 3D cũ thông thường để tạo ra quà tặng cho các thành viên của phòng thí nghiệm - những người rời đi sau nghiên cứu. Món quà này là minh chứng cho thấy, các nhà khoa học luôn phản ánh chủ đề nghiên cứu của họ thông qua món quà.

Tuy nhiên, nếu từng đến thăm phòng thí nghiệm của Kraft, bất kỳ ai cũng có thể phát hiện ra một chiếc tháp Eiffel nhỏ chỉ dài 2 mm. Đó là một thiết kế tiêu chuẩn từ máy Nanoscribe mà mắt người có thể nhìn thấy. Vì vậy, sản phẩm này cũng được coi là một cách tuyệt vời để nhanh chóng giới thiệu về mức độ nhỏ mà nhóm có thể in. Mặc dù không niêm yết giá của chiếc máy in 3D này trên trang web chính thức, nhưng nhiều ý kiến nhận định, sản phẩm này chắc chắn không hề rẻ.

Ứng dụng trong y học

Với chiều dài 30 micrômét (µm), chiếc thuyền được chế tạo bằng máy in 3D được xem là nhỏ nhất thế giới.

Microwimmers sinh học là tổ chức vi sinh vật có thể tự đẩy, bao gồm vi khuẩn, tảo và tinh trùng. Trong khi đó, microswimmer nhân tạo tự đẩy có hàng loạt ứng dụng, bao gồm vận chuyển thuốc trong cơ thể.
Các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu và công bố kết quả trên tạp chí Soft Matter. Nghiên cứu nhằm tìm hiểu về việc hình dáng của microswimmer nhân tạo tự đẩy ảnh hưởng như thế nào tới chuyển động và độ bám. Đồng thời, các nhà nghiên cứu cũng muốn hiểu rõ hơn về hành vi của vi khuẩn. Các chuyên gia đã có thể tạo ra những vật thể có kích thước chỉ 4 micromet. Một micromet bằng 0,001 mm, hoặc khoảng 0,000039 inch.

“Chúng tôi hy vọng sẽ tìm hiểu về nguyên tắc thiết kế tốt để tạo ra một phương tiện vận chuyển thuốc nhỏ. Nếu bạn có một hạt nhỏ đi đến một bộ phận cụ thể của cơ thể để phân phối thuốc, thì nó phải tự đẩy, và Kraft có thể phải đối phó với môi trường trong cơ thể bạn, điều này rất phức tạp”, nhà vật lý Kraft chia sẻ.

Cũng theo chuyên gia này, những gì các nhà nghiên cứu đang cố gắng trả lời là: Thế nào sẽ là một thiết kế tốt? Thế nào sẽ là một hình dạng tuyệt vời để nó có thể đi vòng quanh và hiệu quả?

Nhà vật lý Kraft nói với CNN rằng, những hạt với hình xoắn ốc có chuyển động hứa hẹn nhất. “Khi di chuyển về phía trước, loại hạt này thường cần xoay tròn để tăng tốc. Khi nghĩ về ứng dụng, nếu cần một cỗ máy nhỏ để tới chỗ nào đó, hình dạng xoắn ốc có thể giúp ích bởi vật thể sẽ bơi nhanh hơn”, nhà vật lý Kraft giải thích.

Vào tháng 3, các giáo viên tại Trường Folsom Cordova (Mỹ) đã sử dụng mặt nạ in 3D cùng với mặt nạ N95, phân phối tới các nhân viên y tế tuyến đầu trong cuộc chiến chống lại Covid-19. Học khu Folsom Cordova cho biết, chương trình Giáo dục Kỹ thuật Nghề nghiệp (CTE) của họ là “sự phù hợp hoàn hảo cho cuộc khủng hoảng mà chúng ta đang gặp phải hiện nay”.

Sử dụng kính hiển vi điện tử và máy in 3D độ phân giải cao, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Leiden (Hà Lan) đã chụp ảnh và chế tạo con tàu. Phát minh này là một phần của nghiên cứu về các thiết kế tiềm năng cho phương tiện có thể di chuyển bên trong cơ thể người. Một trong những hiệu quả rõ ràng của thiết kế này là thực hiện các phương pháp điều trị y tế.