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

trien-lam-quoc-te
Tin bài khác
Ba Đình (Hà Nội): Tôn vinh gần 1.300 học sinh xuất sắc tại lễ tổng kết Tin học, Toán học và Tiếng Anh

Ba Đình (Hà Nội): Tôn vinh gần 1.300 học sinh xuất sắc tại lễ tổng kết Tin học, Toán học và Tiếng Anh

Quận Ba Đình khẳng định vị thế dẫn đầu với hàng loạt thành tích ấn tượng trong sân chơi trí tuệ dành cho học sinh tiểu học và THCS.
VCAE EXPO/IF 2025 hướng tới nền kinh tế xanh và nguồn năng lượng xanh-sạch-sạch hơn

VCAE EXPO/IF 2025 hướng tới nền kinh tế xanh và nguồn năng lượng xanh-sạch-sạch hơn

VCAE EXPO 2025 và Diễn đàn Quốc tế Năng lượng Việt Nam - Trung Quốc - ASEAN 2025 (VCAE IF 2025) diễn ra trong 3 ngày (từ 24-26/4/2025). Sự kiện có chủ đề: “Cơ hội hợp tác về giải pháp công nghệ đầu tư phát triển năng lượng sạch và sạch hơn”, do Hiệp hội Năng lượng Việt Nam (VEA) và Hội đồng Điện lực Trung Quốc (CEC) phối hợp tổ chức.
Thị trường chứng khoán ngày 24/4: Nhóm cổ phiếu họ Vin dẫn dắt xu hướng

Thị trường chứng khoán ngày 24/4: Nhóm cổ phiếu họ Vin dẫn dắt xu hướng

Thị trường tiếp tục duy trì sắc xanh với sự dẫn dắt của nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn, nhất là cổ phiếu họ Vin, và lực cầu từ khối ngoại. Trong khi đó, nhóm midcap và ngành bất động sản khu công nghiệp, thủy sản có diễn biến tích cực. Dù vậy, thanh khoản vẫn ở mức thấp và sự phân hóa mạnh cho thấy thị trường chưa thật sự bứt phá.
TP.HCM "thăng hạng" hạ tầng số nhờ cú hích từ trung tâm dữ liệu nghìn tỷ của Viettel

TP.HCM "thăng hạng" hạ tầng số nhờ cú hích từ trung tâm dữ liệu nghìn tỷ của Viettel

Sự kiện khởi công trung tâm dữ liệu 140 MW của Viettel tại Củ Chi (TP.HCM) vào ngày 23/4 không chỉ là dấu mốc quan trọng của tập đoàn mà còn mang đến kỳ vọng lớn cho sự phát triển hạ tầng số của thành phố và cả nước. Với quy mô và công nghệ hiện đại, DC này hứa hẹn sẽ là "nam châm" thu hút đầu tư công nghệ và thúc đẩy quá trình chuyển đổi số mạnh mẽ.
Nhà báo Phạm Văn Anh được bổ nhiệm làm Phó Tổng Biên tập Tạp chí Điện tử và Ứng dụng

Nhà báo Phạm Văn Anh được bổ nhiệm làm Phó Tổng Biên tập Tạp chí Điện tử và Ứng dụng

Ngày 23/4, tại Hà Nội, Hội Vô tuyến - Điện tử Việt Nam (REV) đã tổ chức Lễ công bố và trao quyết định bổ nhiệm Phó Tổng biên tập Tạp chí Điện tử và Ứng dụng và Phó Chánh Văn phòng REV.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/4/2025: Tuổi Dần công việc suôn sẻ, tuổi Ngọ gây xích mích

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/4/2025: Tuổi Dần công việc suôn sẻ, tuổi Ngọ gây xích mích

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 25/4/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
“Vương đạo kinh doanh” – Tư tưởng lãnh đạo khai sáng cho doanh nghiệp tương lai

“Vương đạo kinh doanh” – Tư tưởng lãnh đạo khai sáng cho doanh nghiệp tương lai

Tiếp nối thành công tại Hà Nội, ngày 23/4, tại TP Hồ Chí Minh, hội thảo “Vương đạo kinh doanh” tiếp tục diễn ra nhằm chia sẻ những tư tưởng lãnh đạo khai sáng và chiến lược quản trị doanh nghiệp bền vững. Sự kiện không chỉ mang đến những định hướng giá trị cho cộng đồng doanh nhân mà còn mở rộng kết nối, truyền cảm hứng phát triển bền vững trong thời đại chuyển đổi số.
VAA và doanh nghiệp năng lượng Trung Quốc ký kết thỏa thuận hợp tác chiến lược

VAA và doanh nghiệp năng lượng Trung Quốc ký kết thỏa thuận hợp tác chiến lược

Trong khuôn khổ Diễn đàn và Triển lãm Quốc tế năng lượng Việt Nam - Trung Quốc - ASEAN năm 2025 (VCAE EXPO 2025), diễn ra vào sáng 24/4 tại Hà Nội, Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) đã cùng Công ty TNHH Tập đoàn Đầu tư Công nghiệp và Bảo vệ môi trường Quảng Tây, Trung Quốc ký kết Biên bản ghi nhớ hợp tác chiến lược.
50 FLASHES: Hành trình giàu cảm xúc xuyên qua 50 biểu tượng du lịch đặc sắc của TP. Hồ Chí Minh

50 FLASHES: Hành trình giàu cảm xúc xuyên qua 50 biểu tượng du lịch đặc sắc của TP. Hồ Chí Minh

Hướng tới cột mốc lịch sử 50 năm Ngày Giải phóng miền Nam, thống nhất đất nước (30/4/1975 - 30/4/2025), ngành du lịch TP. Hồ Chí Minh đã khởi xướng chuỗi hoạt động truyền thông nhằm lan tỏa thông điệp hiếu khách, trẻ trung, sáng tạo và truyền cảm hứng góp phần khẳng định vị thế của một đô thị năng động, hội nhập và đậm bản sắc. Nổi bật là phim ngắn quảng bá du lịch “50 FLASHES” - một sản phẩm đột phá khi kết hợp tinh thần quảng bá du lịch với ngôn ngữ điện ảnh hiện đại và chiều sâu nghệ thuật.
Nhận định phiên giao dịch ngày 24/4: Khó tạo đột phá khi thanh khoản thấp

Nhận định phiên giao dịch ngày 24/4: Khó tạo đột phá khi thanh khoản thấp

Sau phiên phục hồi kỹ thuật với mẫu hình nến rút chân, VN Index được kỳ vọng tiếp tục duy trì đà tăng trong phiên 24/4. Tuy nhiên, thanh khoản sụt giảm mạnh cùng lực bán ròng nhẹ của khối ngoại cho thấy dòng tiền vẫn còn thận trọng. Về mặt kỹ thuật, vùng kháng cự 1.225 – 1.235 điểm sẽ là thử thách lớn nếu không có sự cải thiện đáng kể về thanh khoản.
siement
Quảng cáo
moxa