Từ hiện tượng thả một nắm bóng hydrogel chứa phần lớn là nước lên một mặt chảo nóng, quả bóng sẽ bật nảy liên tục và phát ra âm thanh ré tai, các nhà vật lý tìm ra một ứng dụng hữu ích cho ngành robot mềm.

Mọi sự bắt đầu khi một nhà lập trình người Ucraina thả rơi một nắm bóng hydrogel trên chiếc chảo rán bánh nóng hổi của mình.

Các hạt này – vốn được những người làm vườn dùng để tưới cây bởi 98% thành phần của chúng là nước – bắt đầu bật nẩy trên mặt chảo nóng. Anh chàng đã ghi hình quá trình bật nảy trong vài phút, bao gồm cả tiếng rít chói tai mà chúng phát ra.

Hơn một triệu người đã xem video này trên Youtube từ cuối năm 2015.

Đoạn video đã lọt tầm mắt của Scott Waitukaitis, một chuyên gia vật lý về các vật liệu mềm tại Đại học Leiden (Hà Lan). Ông đã quan sát những quả bóng bật nảy (video bên dưới) khi đang lướt web trên điện thoại tại một hội nghị khoa học.

“Chúng sống dậy, và kêu thét”, ông nói.

Sự vui mừng của ông nhường chỗ cho sự tò mò, và ông quyết định mô phỏng lại video này trong phòng thí nghiệm, sử dụng camera tốc độ cao để tìm hiểu xem làm cách nào các quả bóng có thể bật nẩy trong thời gian lâu đến vậy.

Waitukaitis và đồng nghiệp tập trung vào điều sẽ xảy ra khi một quả bóng hydrogel tiếp xúc với mặt phẳng rất nóng. Ngay lập tức, sự tiếp xúc khiến hơi nước bùng nổ, khiến phần đáy quả bóng rung động, theo báo cáo của các nhà nghiên cứu trên tạp chí Nature Physics.

“Khối hơi nước này tích tụ áp suất, từ đó làm biến dạng phần đáy quả bóng”, Waitukaitis nói.

Lớp gel bên ngoài, được truyền một lượng lớn năng lượng mới, tiếp tục rung động và bật nảy với bề mặt chảo, cả nghìn lần trong một lần tiếp xúc (Video dưới cùng từ 0:54)

Đây là một phương diện mới của một hiện tượng tự nhiên thú vị.

“Về cơ bản, chúng tôi đã phát hiện ra một dạng thức mới của hiệu ứng Leidenfrost”, Waitukaitis nói.

Trong ví dụ kinh điển về hiệu ứng Leidenfrost, một chất lỏng trôi nổi trên bề mặt một vật thể được nung nóng đến mức nhiệt vượt xa nhiệt độ bay hơi của chất lỏng đó. Đó là lý do tại sao các giọt nước bay khắp xung quanh bề mặt chảo rất nóng. Phần đáy giọt nước biến thành hơi, tạo thành một lớp đệm ngăn cách giọt nước đang lơ lửng và nguồn nhiệt (mặt chảo nóng).

“Giọt nước thực sự có thể lơ lửng trên mặt chảo rán”, Waitukaitis nói.

Xem video minh họa sau đây để hiểu rõ hơn về hiệu ứng Leidenfrost:

Đối với các hydrogel, hiệu ứng Leidenfrost biến mỗi quả bóng thành một động cơ hơi nước nhỏ. Quả bóng giống như một tổ hợp của nhiên liệu, trụ và pít tông, nhà vật lý nói.

Ngay cả quả bóng cao su bật nảy nhất cũng phải đến lúc đứng yên lại, bởi với mỗi lần đáp xuống và tiếp xúc với mặt chảo quả bóng sẽ hao tổn năng lượng. Quả bóng hydrogel cũng hao tổn năng lượng, nhưng nó sẽ khôi phục lại từ sự bùng phát hơi nước.

Các quả cầu bật nảy trong có thể lên đến 10 phút, chỉ dừng lại khi một lượng nhỏ chất dẻo polymer cố định các bộ phận của quả bóng lại với nhau bắt đầu tan chảy và quả bóng sẽ tự nó vỡ ra.

Waitukaitis cho rằng có thể ứng dụng hiện tượng này cho lĩnh vực robot mềm. Tìm ra một nguồn năng lượng thích hợp cho các robot mềm đôi lúc có thể là một vấn đề nan giải; bởi hầu hết các robot được cột dây hoặc phải dựa vào các mạch điện và pin cứng.

Nhưng, dựa trên nghiên cứu này, Waitukaitis cho biết các dây nóng xuyên qua các vật liệu giống hydrogel có thể làm giảm nhu cầu sử dụng các bộ phận cứng.

“Chúng tôi muốn tạo ra các động cơ mềm hiệu quả hơn và thông minh hơn”, ông nói. Và hiệu ứng Leidenfrost có thể làm được điều này.

Video giải thích nguyên lý bật nảy của bóng hydrogel:

Quý Khải (theo sciencealert.com)

Xem thêm:

Từ Khóa: