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
Thị trường chứng khoán ngày 4/4: Khối ngoại bán ròng hơn 2.800 tỷ đồng

Thị trường chứng khoán ngày 4/4: Khối ngoại bán ròng hơn 2.800 tỷ đồng

Thị trường chứng khoán Việt Nam ngày 4/4/2025 đã có một phiên giao dịch đầy biến động, mặc dù chịu tác động từ thông tin thuế đối ứng từ Mỹ, nhưng VN-Index vẫn có cú rút chân ngoạn mục, thu hẹp đáng kể đà giảm.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/4/2025: Tuổi Thân bất đồng quan điểm, tuổi Mão an nhàn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/4/2025: Tuổi Thân bất đồng quan điểm, tuổi Mão an nhàn

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 5/4/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Ông Tô Huy Vũ làm Chủ tịch Agribank

Ông Tô Huy Vũ làm Chủ tịch Agribank

Theo thông tin từ Ngân hàng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Việt Nam (Agribank), ông Tô Huy Vũ - Vụ trưởng Hợp tác Quốc tế (Ngân hàng Nhà nước) được bổ nhiệm giữ chức Chủ tịch Hội đồng Thành viên Agribank.
Hốt bạc từ "mỏ vàng" AI, "kỳ lân" công nghệ VNG bùng nổ doanh thu

Hốt bạc từ "mỏ vàng" AI, "kỳ lân" công nghệ VNG bùng nổ doanh thu

Công ty Cổ phần VNG (mã chứng khoán: VNZ) - được mệnh danh là "kỳ lân" công nghệ của Việt Nam vừa công bố kết quả tài chính kiểm toán cho năm tài chính 2024 với nhiều kết quả tích cực.
Đại học Bách khoa Hà Nội, Quốc gia Hà Nội và Quốc gia TP.HCM hợp tác triển khai Nghị quyết 57

Đại học Bách khoa Hà Nội, Quốc gia Hà Nội và Quốc gia TP.HCM hợp tác triển khai Nghị quyết 57

Chiều 3/4, 3 đại học hàng đầu là Bách khoa Hà Nội, Quốc gia Hà Nội và Quốc gia TP. HCM đã ký kết thỏa thuận hợp tác chiến lược đột phá về khoa học, công nghệ, chuyển đổi số.
"Cần mạnh dạn, tin tưởng giao việc khó cho thành phần kinh tế tư nhân"

"Cần mạnh dạn, tin tưởng giao việc khó cho thành phần kinh tế tư nhân"

Thủ tướng Phạm Minh Chính nêu rõ về quan điểm, phải thống nhất nhận thức về vai trò, vị trí, tầm quan trọng của kinh tế tư nhân trong tổng thể nền kinh tế, khẳng định đây là động lực quan trọng nhất cho tăng trưởng.
Nhận định phiên giao dịch ngày 04/4: Đà giảm vẫn chưa dừng lại

Nhận định phiên giao dịch ngày 04/4: Đà giảm vẫn chưa dừng lại

Dự báo trong phiên giao dịch ngày 4/4, VN Index có thể tiếp tục chịu áp lực bán mạnh, đặc biệt từ các lệnh margin call và hoạt động thanh lý tài khoản. Tuy nhiên, lực cầu bắt đáy có thể xuất hiện vào phiên chiều khi nhiều cổ phiếu đã chiết khấu sâu từ 10-15%.
Phòng chống lừa đảo giả danh shipper, Bộ KH&CN yêu cầu doanh nghiệp bưu chính tăng cường bảo mật dữ liệu

Phòng chống lừa đảo giả danh shipper, Bộ KH&CN yêu cầu doanh nghiệp bưu chính tăng cường bảo mật dữ liệu

Trước tình trạng kẻ xấu giả mạo nhân viên của các doanh nghiệp cung ứng dịch vụ bưu chính thực hiện lừa đảo, chiếm đoạt tài sản, gây mất trật tự an toàn xã hội, Bộ KH&CN đã yêu cầu các doanh nghiệp tăng cường công tác bảo đảm an toàn dữ liệu người sử dụng dịch vụ bưu chính.
Khám phá vũ trụ và nuôi dưỡng đam mê Thiên Văn qua sự kiện Astrotales

Khám phá vũ trụ và nuôi dưỡng đam mê Thiên Văn qua sự kiện Astrotales'2025

Astrotales 2025 là sự kiện phi lợi nhuận thường niên về Thiên văn học, được tổ chức bởi Câu lạc bộ Amstronomy – Câu lạc bộ Thiên văn học thuộc Trường THPT chuyên Hà Nội – Amsterdam.
Mỹ tuyên bố áp thuế 46%, Thủ tướng yêu cầu lập ngay tổ phản ứng nhanh

Mỹ tuyên bố áp thuế 46%, Thủ tướng yêu cầu lập ngay tổ phản ứng nhanh

Sáng 3/4, Thủ tướng Phạm Minh Chính chủ trì cuộc họp của Thường trực Chính phủ với các bộ, ngành nhằm đánh giá tình hình, thảo luận về các giải pháp trước mắt và lâu dài sau khi Mỹ tuyên bố mức áp thuế mới đối với hàng hóa nhập khẩu từ nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam.
siement
Quảng cáo
moxa