acecook

Siêu vật liệu lưu trữ năng lượng nhiều hơn 160 lần, mở đường cho thế hệ robot thông minh mới

Công nghiệp năng lượng
04/04/2025 05:15
Hiện, bước đột phá từ các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Karlsruhe (KIT) đang đưa công nghệ lưu trữ năng lượng lên một tầm cao mới.
aa
Robot hình người đạt tốc độ tối đa 8 dặm/giờ nhờ đôi giày thể thao đặc biệt Bước ngoặt tự động hóa: Robot hình người đánh bóng siêu chính xác Bước tiến mới của robot hình người

Sự tiến bộ của con người luôn phụ thuộc vào khả năng lưu trữ và giải phóng năng lượng hiệu quả. Lò xo, bộ đệm và vật liệu giảm chấn cung cấp năng lượng cho mọi thứ, từ máy móc công nghiệp đến chân tay robot tương lai.

Các nhà nghiên cứu vừa phát triển một loại vật liệu mang tính đột phá có thể tác động mạnh mẽ đến công nghệ robot và tiết kiệm năng lượng.

Họ đã phát triển một loại siêu vật liệu cơ học mới, các cấu trúc nhân tạo có khả năng lưu trữ và giải phóng năng lượng đàn hồi hiệu quả hơn bao giờ hết.

Sự đổi mới này có thể dẫn đến những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực robot tiết kiệm năng lượng, hệ thống cơ khí và cấu trúc linh hoạt giúp tối đa hóa việc sử dụng năng lượng trong khi vẫn duy trì được độ bền và chắc chắn.

Những vật liệu này sử dụng cấu trúc độc đáo gồm các thanh xoắn biến dạng theo hình xoắn ốc, cho phép chúng hấp thụ và giải phóng một lượng lớn năng lượng đàn hồi.

Bằng cách tận dụng thiết kế mới lạ này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một vật liệu kết hợp độ cứng cao, độ bền cao và tính linh hoạt đặc biệt.

Siêu vật liệu lưu trữ năng lượng nhiều hơn 160 lần, mở đường cho thế hệ robot thông minh mới
Siêu vật liệu lưu trữ năng lượng ứng dụng trong ngành sản xuất robot và công nghiệp năng lượng (Ảnh: Interesting Engineering)

Siêu vật liệu cơ học là gì?

Siêu vật liệu là vật liệu được thiết kế đặc biệt để có những đặc tính không tồn tại trong tự nhiên. Chúng được tạo ra bằng cách sắp xếp các thành phần cấu trúc nhỏ theo cách chính xác để tạo ra vật liệu có tính chất cơ học tốt hơn.

Trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu KIT đã phát triển một siêu vật liệu cơ học được tạo thành từ các thanh xoắn chặt và sắp xếp theo một kiểu mẫu cụ thể.

Thông thường, khi lò xo bị uốn cong, ứng suất sẽ tích tụ ở bề mặt trên và dưới của lò xo, có thể dẫn đến gãy hoặc biến dạng vĩnh viễn. Tuy nhiên, xoắn thanh thay vì uốn cong sẽ phân tán ứng suất đều hơn trên bề mặt của lò xo. Điều này có nghĩa là nó có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn mà không bị hư hại.

Peter Gumbsch, Giáo sư Cơ học Vật liệu tại Viện Vật liệu Ứng dụng (IAM) của KIT, giải thích: Khó khăn là phải kết hợp các đặc tính xung đột: độ cứng cao, độ bền cao và độ biến dạng lớn có thể phục hồi.

Bằng cách sắp xếp cẩn thận những thanh xoắn thành một mạng lưới có cấu trúc, các nhà khoa học đã tạo ra một vật liệu có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống, trong khi vẫn giữ được độ bền và cứng.

Thiết kế vật liệu có độ đàn hồi tối đa

Gumbsch và nhóm của ông, bao gồm các nhà nghiên cứu từ Trung Quốc và Hoa Kỳ, đã thành công trong việc chuyển đổi khái niệm này thành một siêu vật liệu chức năng.

Gumbsch cho biết: “Lúc đầu, chúng tôi phát hiện ra cơ chế lưu trữ một lượng năng lượng lớn trong một thanh tròn đơn giản mà không làm gãy hoặc biến dạng thanh vĩnh viễn. Bằng cách xác định cách sắp xếp thông minh các thanh, chúng tôi đã tích hợp cơ chế này vào một siêu vật liệu”.

Bằng cách căn chỉnh các thanh theo cách chính xác, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một vật liệu có thể kéo dài hoặc nén lại nhưng vẫn trở về hình dạng ban đầu. Mô phỏng máy tính dự đoán, siêu vật liệu này sẽ có độ cứng cao và có thể chịu được lực lớn.

Các thử nghiệm đã xác nhận, khả năng lưu trữ năng lượng hay enthalpy của vật liệu này lớn hơn từ 2 đến 160 lần so với các siêu vật liệu khác từng ứng dụng.

Ứng dụng tương lai trong robot và lưu trữ năng lượng

Những ứng dụng tiềm năng cho loại vật liệu mới này là rất lớn. "Các siêu vật liệu mới của chúng tôi với khả năng lưu trữ năng lượng đàn hồi cao, có tiềm năng sử dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau trong tương lai, nơi cần cả khả năng lưu trữ năng lượng hiệu quả và các đặc tính cơ học đặc biệt", Gumbsch cho biết.

Theo đó, Robot có thể trở nên linh hoạt và bền bỉ hơn, nhờ khả năng co giãn và phục hồi mà không bị đứt của vật liệu; Máy móc tiết kiệm năng lượng có thể lưu trữ và giải phóng năng lượng hiệu quả hơn, cải thiện hiệu suất tổng thể.

Một khả năng khác là sử dụng cơ chế xoắn bên trong siêu vật liệu để tạo ra các khớp hoàn toàn đàn hồi, loại bỏ nhu cầu sử dụng bản lề truyền thống và cải thiện chuyển động ở các chi robot và bộ xương ngoài có thể đeo được.

Với những tiến bộ này, siêu vật liệu cơ học có thể mở đường cho công nghệ mạnh hơn, hiệu quả và bền bỉ hơn.

Theo Interesting Engineering

mca
Tin bài khác
Hội Tự động hóa Việt Nam tổng kết nhiệm kỳ V, định hướng nhiệm kỳ mới

Hội Tự động hóa Việt Nam tổng kết nhiệm kỳ V, định hướng nhiệm kỳ mới

Trong nhiệm kỳ V, Hội Tự động hóa Việt Nam đã đạt nhiều kết quả nổi bật về phát triển hội viên, kết nối doanh nghiệp, thúc đẩy nghiên cứu và truyền thông. Hội tiếp tục đặt mục tiêu đổi mới, mở rộng hợp tác và chuẩn bị cho Đại hội nhiệm kỳ VI, Hội nghị Khoa học và Triển lãm quốc tế VCCA 2026.
Bộ KH và CN yêu cầu nhà mạng tăng cường BTS, mở rộng băng thông dịp 2/9

Bộ KH và CN yêu cầu nhà mạng tăng cường BTS, mở rộng băng thông dịp 2/9

Bộ KH và CN vừa có văn bản gửi các doanh nghiệp viễn thông, yêu cầu triển khai các phương án tăng cường bảo đảm thông tin liên lạc dịp nghỉ Lễ Quốc khánh 2/9/2025.
Lớp học số tinh hoa – Hướng đi chiến lược của THCS Thành Công trong chuyển đổi số giáo dục

Lớp học số tinh hoa – Hướng đi chiến lược của THCS Thành Công trong chuyển đổi số giáo dục

Với định hướng xây dựng môi trường giáo dục hiện đại, năng động, trường THCS Thành Công đã có bước tiến mạnh mẽ trong hành trình chuyển đổi số khi chính thức triển khai mô hình “Lớp học số tinh hoa” trên nền tảng Google.
Từ gia tốc kế đến camera: Cuộc cách mạng mới trong giám sát rung động máy móc

Từ gia tốc kế đến camera: Cuộc cách mạng mới trong giám sát rung động máy móc

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Hiroshima (Nhật Bản) vừa giới thiệu một công nghệ giám sát rung động dựa trên thị giác, hứa hẹn khắc phục những hạn chế cố hữu của các cảm biến cơ học như gia tốc kế hay cảm biến áp điện vốn được sử dụng phổ biến trong công nghiệp.
Lời thì thầm của chiếc hạc cầm

Lời thì thầm của chiếc hạc cầm

Trong thế giới nhạc giao hưởng, những thanh âm thánh thót và trong trẻo của đàn harp thường được ví như “lời thì thầm của những thiên thần”. Chẳng kịch tính, hiếm cao trào, dòng chảy âm thanh bình yên và thư giãn ấy khiến hạc cầm thường chỉ được coi là nhạc cụ thêm thắt nhằm tăng thêm sắc màu cho dàn nhạc mà thôi.
Smart Factory: Xu hướng tất yếu của doanh nghiệp Việt trong kỷ nguyên 4.0

Smart Factory: Xu hướng tất yếu của doanh nghiệp Việt trong kỷ nguyên 4.0

Diễn ra trong khuôn khổ Secutech Vietnam 2025, Hội thảo “Công nghệ Tự động hóa và Nhà máy Thông minh” đã trở thành diễn đàn thảo luận thiết thực về hành trình để Việt Nam xây dựng Smart Factory. Trong bối cảnh “thập kỷ vàng” thu hút dòng dịch chuyển sản xuất toàn cầu, câu hỏi lớn không nằm ở việc công nghệ đã sẵn có đến đâu, mà ở cách Việt Nam triển khai thế nào để biến cơ hội này thành lợi thế cạnh tranh lâu dài.
Nhân dân nô nức cổ vũ buổi tổng hợp luyện đầu tiên diễu binh kỷ niệm 80 năm Quốc khánh

Nhân dân nô nức cổ vũ buổi tổng hợp luyện đầu tiên diễu binh kỷ niệm 80 năm Quốc khánh

Tối 21/8, không khí tại Quảng trường Ba Đình trở nên náo nức khi hàng nghìn người dân Thủ đô và các tỉnh thành đổ về theo dõi buổi hợp luyện diễu binh đầu tiên.
Thị trường chứng khoán ngày 22/8:  VN-Index mất hơn 42 điểm, khối ngoại nối dài chuỗi bán ròng

Thị trường chứng khoán ngày 22/8: VN-Index mất hơn 42 điểm, khối ngoại nối dài chuỗi bán ròng

Sau khi lập đỉnh mới, thị trường chứng khoán đảo chiều mạnh trong phiên 22/8. Lực bán lan rộng tại nhóm ngân hàng và chứng khoán kéo VN-Index giảm sâu nhất trong gần một tháng, trong khi khối ngoại tiếp tục bán ròng hơn 1.300 tỷ đồng, đánh dấu phiên thứ 12 liên tiếp.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/8/2025: Tuổi Tý tiến triển tốt, tuổi Mùi tránh thị phi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/8/2025: Tuổi Tý tiến triển tốt, tuổi Mùi tránh thị phi

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 23/8/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
BIDV được vinh danh “Top 50 công ty niêm yết tốt nhất Việt Nam”

BIDV được vinh danh “Top 50 công ty niêm yết tốt nhất Việt Nam”

Ngày 21/8/2025, tại TP. Hồ Chí Minh, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) đã được vinh danh trong Top 50 công ty niêm yết tốt nhất Việt Nam theo bảng xếp hạng của Tạp chí Forbes Việt Nam.
song-gia-tri