Khoa Học Và Công Nghệ

Những phát minh vĩ đại nhất thế giới trong năm 2022

Đã đăng trên Tháng mười một 7, 2024 bởi Nguyễn Võ

07
Th11

Thế giới đã phải đối mặt với nhiều cuộc khủng hoảng vào năm 2022 và việc vượt qua những cuộc khủng hoảng lớn nhất trong số đó sẽ là một thách thức to lớn và lâu dài.

Quỹ Liên Hợp Quốc đã liệt kê một số vấn đề cấp bách nhất, bao gồm các chủ đề từ nghèo đói đến ô nhiễm, môi trường đến bình đẳng. Mối quan tâm lớn nhất là bảo vệ môi trường và giải quyết tình trạng đói nghèo toàn cầu, cả hai vấn đề này đều tác động đến hàng tỷ người trên thế giới mỗi ngày.

Nhưng tất cả chúng đều là động lực thúc đấy nhân loại phát triển và là nguồn cảm hứng để con người đã phát minh ra những thứ để giải quyết vấn đề kể từ khi con người tồn tại trên Trái Đất. Đã có một số phát minh trong quá khứ, có niên đại hàng thiên niên kỷ, cách mạng hóa lối sống của chúng ta và thay đổi thế giới theo đúng nghĩa đen.

Mặc dù không phải mọi vấn đề đều có thể đưa ra những giải pháp đơn giản và dễ dàng, nhưng không năm nào trôi qua mà không có những cải tiến mới và ngày càng ấn tượng.

Bên cạnh những điều mới lạ và những điều nhỏ nhặt giúp cuộc sống hàng ngày của mọi người trở nên dễ dàng hoặc thú vị hơn, một số phát minh mới và vĩ đại đã được tạo ra vào năm 2022 có thể có tác động đáng kể đến thế giới.

Một số trong số này thoạt đầu có vẻ không quan trọng, nhưng với thời gian và nỗ lực, bất kỳ trong số chúng đều có thể phát triển thành điều gì đó thực sự đáng chú ý.

House Zero được thiết kế theo cách kết nối tốt hơn giữa con người với thiên nhiên và thế giới bên ngoài.

Vô gia cư là một vấn đề toàn cầu đang gia tăng và theo Liên Hợp Quốc, vào năm 2020, ước tính có khoảng 1,6 tỷ người trên khắp thế giới là người vô gia cư hoặc sống trong “điều kiện nhà ở thiếu thốn”. Đây là một vấn đề nan giải ngay cả ở những nơi giàu có hơn trên thế giới. Tờ New York Times báo cáo rằng tình trạng thiếu nhà ở đang ảnh hưởng đến ngày càng nhiều người trên khắp Hoa Kỳ. Một cách hiệu quả để giải quyết vấn đề này là làm cho nhà ở trở nên rẻ hơn và xây dựng nhanh hơn.

House Zero được xây dựng vào năm 2022 bởi một công ty tên là ICON. Thay vì xây từng viên gạch, nó được in 3D. Như Dezeen giải thích, House Zero được thiết kế theo cách kết nối tốt hơn giữa con người với thiên nhiên và thế giới bên ngoài, một nguyên tắc được gọi là thiết kế sinh học, sử dụng các thiết kế tròn trịa và trông hữu cơ để cải thiện luồng không khí. Các bức tường được làm từ vật liệu có tên là Lavacret, vừa có tác dụng cách nhiệt vừa bảo vệ khỏi các yếu tố thời tiết. Được xây dựng chỉ trong 10 ngày, toàn bộ quá trình in nhà 3D cũng có thể giúp xây dựng nhà rẻ hơn, với các máy in vận hành tại chỗ bằng vật liệu thô.

Sơn phản xạ ánh sáng Mặt trời giúp ngăn nhiệt tích tụ trong môi trường thành phố.

Khi biến đổi khí hậu trở thành mối quan tâm cấp bách hơn bao giờ hết, một vấn đề nghiêm trọng đối với các khu vực xây dựng là hiệu ứng đảo nhiệt đô thị.

EPA giải thích rằng điều này là do cách các vật liệu đô thị như nhựa đường và bê tông hấp thụ ánh sáng Mặt Trời, lưu trữ và tỏa ra nhiều nhiệt hơn so với cảnh quan nông thôn. Điều này gây ra các điểm nóng cục bộ ở các thành phố, với nhiệt độ cao hơn tới 7°F so với vùng đất xung quanh.

Tác động của các đảo nhiệt này cũng đề cập đến vấn đề bình đẳng, với một nghiên cứu trên tạp chí Nature giải thích các cộng đồng nghèo và yếu thế sẽ bị ảnh hưởng nhiều như thế nào bởi các đảo nhiệt và những mối nguy hiểm mà điều này có thể gây ra. Theo thống kê, những người bị ảnh hưởng có nguy cơ tử vong liên quan đến nhiệt cao hơn so với thời tiết khắc nghiệt khác như bão hoặc lũ lụt.

Một cải tiến có thể giúp giải quyết vấn đề này đã được phát triển bởi một công ty có tên StreetBond, bao gồm sơn phản xạ ánh sáng Mặt Trời tốt hơn, giúp ngăn nhiệt tích tụ trong môi trường thành phố.

EcoWatch báo cáo rằng lớp sơn đầy màu sắc dựa trên epoxy acrylic và phản chiếu cả phần nhìn thấy và hồng ngoại của ánh sáng Mặt Trời. Sơn đã được sử dụng ở Los Angeles, dẫn đến nhiệt độ bề mặt mát hơn tới 12°F so với những nơi khác. Với mùa hè nóng hơn và các đợt nắng nóng ngày càng thường xuyên hơn, việc nỗ lực giảm nhiệt độ ở các thành phố lớn như LA có thể thực sự giúp cứu sống nhiều người.

Sơn có màu sắc rực rỡ cũng được sử dụng trong các bức tranh tường trên đường phố và các khu vực cộng đồng như sân chơi cũng làm cho các khu dân cư trông sáng sủa hơn.

Chiếc máy bay điện chở khách cỡ nhỏ này chạy bằng động cơ điện.

Trong một thế giới mà mọi người ngày càng ý thức hơn về biến đổi khí hậu và lượng khí thải carbon, việc đi lại bằng đường hàng không đang trở thành một vấn đề gây tranh cãi vì đây là một nguồn carbon dioxide đáng chú ý trong khí quyển.

Theo Nhóm Hành động Vận tải Hàng không, khoảng 2,1% tổng lượng khí thải carbon đến từ ngành hàng không. Trong nỗ lực làm cho việc di chuyển bằng đường hàng không trở nên thân thiện với môi trường hơn, năm 2022 đã chứng kiến những chuyến bay thử nghiệm thành công của một chiếc máy bay chạy hoàn toàn bằng điện.

Được đặt tên là Alice theo tên nhân vật chính trong “Alice ở xứ sở thần tiên”, chiếc máy bay điện chở khách cỡ nhỏ này chạy bằng động cơ điện, như báo cáo của GeekWire. Nó được thiết kế và tạo ra bởi một công ty tên là MagniX, với mục tiêu là điện khí hóa việc di chuyển bằng đường hàng không với các hệ thống động cơ đẩy không đốt cháy bất kỳ nhiên liệu hydrocacbon nào.

Chuyến bay thử nghiệm đầu tiên của Alice diễn ra trong thời gian ngắn, chỉ 8 phút và ở độ cao 3.500 feet, nhưng hy vọng nó sẽ mở đường cho một loại máy bay chở khách hoàn toàn mới. Mục tiêu hiện tại là chế tạo máy bay hạng nhẹ tầm ngắn, nhưng rất có thể điều này cuối cùng có thể được nhân rộng khi Công Nghệ liên quan tiếp tục được cải thiện.

Ngoài máy bay, MagniX cũng đã thử nghiệm thành công một chiếc trực thăng điện vào năm 2022, theo báo cáo của Vertical. Có lẽ trong tương lai gần, du khách sẽ có thể bắt các chuyến bay mà không cần phải lo lắng quá nhiều về sự góp phần của họ vào biến đổi khí hậu.

Robot này đủ nhạy cảm để thậm chí có thể “cảm nhận” bề mặt của vật thể.

Robot thường khiến người ta liên tưởng đến những cỗ máy kim loại không có cảm giác, nhưng các nhà nghiên cứu tại MIT đang bận rộn phát triển những người máy “nhạy cảm hơn”.

Theo MIT News, robot mới nhất được công bố vào năm 2022 là “robot mềm” có thể tác dụng một lượng lực cẩn thận, cho phép chúng nắm bắt và sử dụng các công cụ. Trong khi những robot đời đầu sẽ sử dụng các công cụ gắn liền với chúng, thì những sáng tạo mới nhất thậm chí có thể khiến co robot cẩn thận cầm bút và viết. Khi robot nắm lấy một vật thể, chúng sử dụng một hệ thống cảm biến để nhận phản hồi xúc giác – đây là một cách nói kỹ thuật rằng robot có thể cảm nhận một cách hiệu quả những gì nó đang giữ để đánh giá mức độ áp lực mà nó cần sử dụng.

Điều này xảy ra sau một robot cảm ứng khác được báo cáo vào đầu năm. Theo The Robot Report, đây là một bộ gắp robot được thiết kế để trở nên khéo léo hơn. Được làm từ silicone và acrylic, nó sử dụng một camera nhỏ để phát hiện cách các vật liệu kẹp mềm được ép khi nó cầm một vật thể. Đáng chú ý, robot này đủ nhạy cảm để thậm chí có thể “cảm nhận” bề mặt của vật thể, chọn ra những chi tiết rất nhỏ như từng hạt trên bề mặt quả dâu tây.

Cùng với việc được sử dụng để chế tạo robot, những đổi mới như thế này có khả năng được sử dụng trong các bộ phận giả của cơ thể con người. NPR giải thích rằng việc tạo ra chân tay giả có cảm giác chạm vẫn là mục tiêu chính của các nhà nghiên cứu, làm cho tay giả trở nên trực quan hơn đối với người cụt tay bằng cách trả lại cho họ cảm giác chạm.

Thiết bị này có thể lấy nửa lít nước biển hoặc nước muối và có thể phát sáng trong 45 ngày.

Có thể khó tin khi đọc một vài bài báo trên internet, chúng ta có thể biết rằng một số lượng đáng kinh ngạc trên thế giới đang phải sinh sống mà không có điện.

Theo IEA, có khoảng 770 triệu người trên thế giới đang phải sống mà không có điện vào năm 2022, họ chủ yếu sống ở phía nam bán cầu. Một cải tiến vào năm 2022 có thể giúp cung cấp điện cho những người hiện không có điện là nhờ công ty E-Dina của Colombia. Công ty này đã phát triển một chiếc đèn lồng có thể tạo ra ánh sáng chỉ bằng nước biển.

Được đặt tên là WaterLight, thiết bị nhỏ thông minh này có thể lấy nửa lít nước biển hoặc nước muối và có thể phát sáng trong 45 ngày. Như Very Compostable giải thích, năng lượng đến từ phản ứng điện hóa giữa nước muối và điện cực magie bên trong WaterLight, tạo ra dòng điện. Ngoài việc được làm hoàn toàn từ vật liệu tái chế, những chiếc đèn lồng còn có thể cung cấp năng lượng để sạc các thiết bị điện tử nhỏ. Nó cũng có tuổi thọ ấn tượng, kéo dài trong 5.600 giờ, lâu hơn bóng đèn sợi đốt hoặc halogen.

Đối với những người không sống gần biển, Dezeen lưu ý rằng trong trường hợp khẩn cấp, WaterLight thậm chí có thể tạo ra năng lượng từ nước tiểu.

Được đặt tên là AirCarbon, đây là vật liệu carbon âm tính.

Nhựa sử dụng một lần chiếm một lượng lớn rác thải trên thế giới. Các vật dụng dùng một lần, từ chai nước uống đến khăn ướt, thường bị thải ra môi trường và theo Ủy ban Châu Âu, các vật dụng bằng nhựa dùng một lần chiếm khoảng 70% lượng rác thải ra biển khắp Châu Âu.

Điều này không chỉ không bền vững mà còn tiêu tốn rất nhiều nguyên liệu thô đến từ ngành công nghiệp dầu mỏ. Các nhà nghiên cứu, cả công nghiệp và học thuật, đã nghiên cứu các giải pháp thay thế thân thiện với môi trường hơn trong một thời gian và một loại nhựa mới đầy hứa hẹn đã được công bố vào năm 2022.

Được đặt tên là AirCarbon, đây là vật liệu carbon âm tính. Nói cách khác, quy trình sản xuất của nó sẽ thu được nhiều carbon dioxide hơn là thải ra bên ngoài môi trường.

Được tạo bởi Newlight Technologies, Sustainability Times giải thích rằng AirCarbon được sản xuất đặc biệt để thay thế cho nhựa sử dụng một lần truyền thống, với mục đích thay thế các vật dụng hàng ngày như dao kéo và ống hút bằng nhựa.

Nó được tạo ra từ khí metan và carbon dioxide và thay vì được tổng hợp bằng loại phản ứng hóa học truyền thống, và nó được tạo ra bởi các vi khuẩn đến từ đại dương. Plastics News giải thích thêm rằng một số vi khuẩn sống trong tự nhiên thậm chí sẽ có thể sử dụng loại nhựa này làm thức ăn sau khi nó bị loại bỏ, khiến nó có thể phân hủy sinh học. Newlight rõ ràng cũng rất nghiêm túc về nhựa bền vững của họ, gần đây đã có những động thái bắt đầu sản xuất loại nhựa này trên quy mô lớn hơn, nhằm giúp giảm cả khí nhà kính và rác thải nhựa trong quá trình này.

Khoa Học Và Công Nghệ

Máy phát sóng tần số Terahertz (THz) sử dụng vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao.

Đã đăng trên Tháng mười một 7, 2024 bởi Nguyễn Võ

07
Th11

Các bức xạ điện từ ở dải tần THz (1012 Hz) có thể đem lại những ứng dụng hết sức to lớn, từ việc phát hiện các chất nổ cho đến việc chẩn đoán, điều trị ung thư. Thế nhưng trở ngại giữa khoảng cách từ các sóng vi ba (microwave) cho đến hồng ngoại (bức xạ THz) không dễ dàng vượt qua bởi các bức xạ THz không dễ dàng sản sinh do tần số của chúng quá cao đối với các linh kiện phát dựa trên vật liệu bán dẫn, nhưng lại quá thấp để có thể tạo ra nhờ các máy laser chất rắn. Và mới đây, các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ, Thổ Nhĩ Kì và Nhật Bản đã chỉ ra rằng có thể giải quyết vấn đề này bằng cách khai thác lớp tiếp xúc Josephson trong các vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao (Science 318, 1291).

Lớp tiếp xúc Josephson được cấu tạo bởi hai lớp vật liệu siêu dẫn ngăn cách bởi một lớp điện môi mỏng đã được biết đến từ rất lâu, như là một trong những điển hình về hiệu ứng chui hầm lượng tử. Nếu ta đặt vào một hiệu điện thế ngang qua lớp tiếp xúc này để tạo ra một dòng siêu dẫn xoay chiều, sẽ dẫn đến việc phát ra các photon ở tần số phù hợp với khe năng lượng của chất siêu dẫn. Hay nói cách khác, lớp tiếp xúc Josephson có thể sản sinh ra các bức xạ điện từ.

Không may thay, khe năng lượng trong các lớp tiếp xúc Josephson tạo ra trong phòng thí nghiệm dựa trên các vật liệu siêu dẫn nhiệt độ thấp truyền thống (ví dụ như Niobium, Nb) lại quá nhỏ để tạo ra bức xạ ở dải tần THz và tồi hơn nữa là công suất phát cũng khá thấp. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng sử dụng thủ thuật tạo ra các dãy lớp tiếp xúc để làm tăng công suất phát, nhưng việc đồng bộ các lớp tiếp xúc là rất khó do vậy việc tạo ra các bức xạ điện từ kết hợp lại càng trở nên khó khăn hơn.

cau_truc-1
Hình 1. Cấu trúc linh kiện của nhóm Welp (Science 318, 1291).

Ulrich Welp (thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Argone, Hoa Kỳ) cùng cộng sự đã khẳng định hai vấn đề trên đều có thể giải quyết bằng cách sử dụng vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao. Không giống như các vật liệu siêu dẫn nhiệt độ thấp, các chất siêu dẫn nhiệt độ cao không cần phải tạo ra trong lớp tiếp xúc Josephson bởi vì chúng đã tự nhiên chứa một lượng chất ở khắp nơi trong các cấu trúc lớp đơn nhất. Và đồng thời chúng cũng có khe năng lượng tương đối lớn đủ để có thể phát các bức xạ trong dải sóng THz. Và quan trọng hơn, nhóm của Welp đã phát hiện ra một cách rất đơn giản để đồng bộ hóa các bức xạ (pha của các sóng phát nội tại từ các lớp tiếp xúc Josephson trong các vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao) để có thể tạo ra công suất phát ở mức miliwatts (mW). “Ta có thể nhìn thấy hàng loạt các ứng dụng như thăm dò, ghi ảnh… sử dụng bức xạ THz cho dải công suất này” – Welp nói.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao Bi₂Sr₂CaCu₂O₈, được biết đến với tên viết tắt BSCCO với các lớp Josephson nội tại được tạo ra và sắp xếp liên tục giữa các lớp siêu dẫn CuO₂ dải rác vác các lớp điện môi BiO và SrO. Khi đặt một hiệu điện thế ngang qua mẫu BSCCO, sẽ khiến cho các lớp này phát ra bức xạ điện từ ở một tần số nhất định nhưng không kết hợp về pha. Cũng giống như với laser, thủ thuật để tạo nên sự bức xạ đồng pha là thay đổi hiệu điện thế cho đến khi nào tần số phát ra tương ứng với tần số cộng hưởng của hốc. Tại tần số đó, điện trường sẽ tự bù trừ nhau về mặt pha và giúp cho bức xạ được đồng bộ hóa. Ban đầu chỉ có một vài lớp tiếp xúc đồng pha, nhưng sau đó hiệu ứng này được làm mạnh thêm một cách dữ dội hơn, nhờ kiểu phản hồi dẫn đến việc cả dải sóng phát ra được đồng pha.

tan_so
Hình 2. Kết quả về tần số bức xạ phát ra (Science 318, 1291).

Nhóm nghiên cứu của Welp đã chế tạo các mẫu BSCCO với chiều cao 300 µm, và tạo ra một hệ với 200 ngàn lớp tiếp xúc Josephson nội tại, và phát ra công suất cỡ 0,5 µW cho tần số tới 0,85 THz.

Welp cho biết, ông mong muốn nhờ sự tối ưu hóa kỹ thuật, công suất phát có thể đạt tới 1 mW. Mức công suất này có thể được sử dụng, ví dụ như ở sân bay để tìm ra dấu viết của chất nổ, mặc dù ông thừa nhận rằng có một số khó khăn cho việc sử dụng linh kiện này ở mức độ thương phẩm. “Nhìn chung, càng có công suất cao hơn, tỉ số tín hiệu – nhiễu sẽ càng tốt hơn và sẽ có thể tiến hành nhanh, chính xác hơn trong các ứng dụng ghi hình ảnh” – Welp nói thêm.

Vạn lý Độc hành
Theo Science & Physicsworld.com, Vật lý Việt Nam

Khoa Học Và Công Nghệ

Phát minh cột thu lôi nối đất của mục sư người Czech

Đã đăng trên Tháng mười một 7, 2024 bởi Nguyễn Võ

Ngôi nhà của Prokop Diviš với cỗ máy thời tiết ở bên phải.

07
Th11

Prokop Diviš – một mục sư người Czech đã tìm cách điều khiển thời tiết nhưng thay vào đó lại phát minh cột thu lôi.

Diviš là mục sư ở Přímětice, khu phố ở thị trấn Znojmo gần biên giới Áo. Ngoài chuẩn bị bài giảng đạo và tiến hành các buổi lễ, ông còn quản lý đất trang trại thuộc tu viện. Diviš trở nên say mê nghiên cứu điện, chủ đề ít biết ở thời đại ông. Ông bắt đầu thí nghiệm với điện áp nhỏ, đạt thành công đáng chú ý trong thúc đẩy cây trồng phát triển và trị liệu. Ông công bố các phát hiện và thậm chí chứng minh ở cung điện hoàng gia tại Vienne.

Ngôi nhà của Prokop Diviš với cỗ máy thời tiết ở bên phải. (Ảnh: Wikimedia)

Năm 1753, nhà vật lý người Nga Georg Wilhelm Richmann tìm cách tách điện từ giông sét bằng một cột kim loại nhưng bị sét đánh trúng và tử vong. Năm trước đó, nhà khoa học người Mỹ Benjamin Franklin sống sót qua tai nạn tương tự trong thí nghiệm cánh diều nổi tiếng. Tin tức về cái chết của Richmann truyền cảm hứng cho Diviš nghiên cứu điện trong khí quyển. Trong các lá thư, ông đề xuất xây dựng một “cỗ máy thời tiết” với vài nhà vật lý. Đó là thiết bị được thiết kế để kìm hãm, ngăn chặn giông bão và sét bằng cách thường xuyên hút điện trong không khí. Những lý thuyết của Diviš bị coi là hão huyền ở thời kỳ đó và bị phớt lờ. Không nhận được phản hồi, Diviš quyết định tự chế tạo cỗ máy.

Vào ngày 15/6/1754, Diviš dựng một cột cao 40 m không có giá đỡ ở Přímětice và đặt “cỗ máy thời tiết” lên đó. Thiết bị bao gồm một số hộp thiếc và hơn 400 gai kim loại. Vào thời đó, một giả thuyết phổ biến cho rằng gai nhọn có thể dẫn điện hiệu quả hơn. Cột được bảo vệ bởi những dây xích kim loại nặng nối với mặt đất, biến nó thành một trong những cột thu lôi tiếp đất đầu tiên trên thế giới.

Diviš mô tả phát minh của ông hiệu quả cao trong việc xua tan bão. Theo quan sát của ông, những đám mây sẽ hình thành khi cột hạ xuống và biến mất khi dựng cột lần nữa. Ông coi đó là bằng chứng cho thấy gai nhọn hút điện ẩn trong khí quyển và phân tán an toàn trước khi sét có thể hình thành.

Bất chấp sự hăng hái của Diviš’s, phát minh đối mặt sự hoài nghi từ cộng đồng khoa học. Năm 1759, khi hạn hán đe dọa nông dân Přímětice, họ phá dỡ “cỗ máy thời tiết” và đổ lỗi nó gây ra tình trạng khan hiếm mưa. Diviš sau đó xây dựng “cỗ máy thời tiết” thứ hai và đặt nó trên tháp nhà thờ để ngăn người ngoài phá hủy. Tuy nhiên, do sự trách móc của dân làng, quản lý nhà thờ đã khuyên Diviš ngừng thí nghiệm.

Không nản chí, Diviš tiếp tục trao đổi thư từ với các nhà khoa học và đề xuất học thuyết mà ông đặt tên là Magia naturalis. Diviš nhận được sự ủng hộ từ hai mục sư đến từ Württemberg. Họ tới xem ông thí nghiệm và giúp ông công bố học thuyết ở nước ngoài vào năm Diviš qua đời.

Trong nhiều thập kỷ, Benjamin Franklin được vinh danh là người phát minh cột thu lôi. Tuy nhiên, vào cuối thế kỷ 19, cộng đồng khoa học châu Âu bắt đầu khẳng định Prokop Diviš mới là cha đẻ đích thực của cột thu lôi. Một số người tranh luận thiết kế không trụ đỡ của ông năm 1754 tiếp đất tốt hơn thí nghiệm của Franklin.

Ngày nay, Prokop Diviš được công nhận là người phát triển độc lập cột thu lôi cùng thời với Benjamin Franklin. Cả hai người đều có những đóng góp to lớn giúp hiểu rõ và ứng dụng điện. Nghiên cứu của họ có sức ảnh hưởng lâu dài tới sự an toàn và Công Nghệ chống sét.

Khoa Học Và Công Nghệ

Top 5 phát minh từ thế kỷ 18 làm thay đổi bộ mặt của nhân loại

Đã đăng trên Tháng mười một 6, 2024 bởi Nguyễn Võ

Scotland James Watt và phát minh động cơ từ hơi nước.

06
Th11

Những phát minh đã mang đến đột phá, cũng như sự gia tăng về năng suất lao động trong cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ nhất.

Chúng ta đang bước vào cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ 4, hay còn gọi là cuộc cách mạng số, với những Công Nghệ hiện đại, hứa hẹn sẽ làm thay đổi hình thái kinh tế – xã hội của nhân loại.

Thế nhưng, tất cả những tiến bộ ấy có lẽ đã không trở thành hiện thực, nếu như nhân loại không trải qua một bước chuyển đổi vĩ đại kéo dài từ giữa thế kỷ 18 đến đầu thế kỷ 19.

Trong thời kỳ này, thế giới đã sản sinh ra hàng loạt các nhà bác học nổi tiếng như Isaac Newton, James Watt, hay Thomas Edison với những phát kiến vĩ đại trong toán học, vật lý, hóa học… tạo ra nền tảng tri thức cho các tiến bộ trong kỹ nghệ sản xuất.

Dưới đây là 5 trong số các phát minh hàng đầu, đã mang đến những đột phá, cũng như sự gia tăng về năng suất lao động, góp phần đưa nhân loại tiến đến công nghiệp hóa, hiện đại hóa.

Sáng chế bởi: Scotland James Watt

Scotland James Watt và phát minh động cơ từ hơi nước.

Động cơ hơi nước là động cơ nhiệt, thực hiện công việc cơ học khi sử dụng hơi nước chuyển hóa thành cơ năng. Nó còn được gọi là động cơ đốt ngoài, nhằm phân biệt với động cơ đốt trong sau này.

Trước khi động cơ hơi nước được chế tạo, ngành vận tải vẫn hoạt động dựa trên xe ngựa; còn ngành công nghiệp nặng như khai thác, chế tạo… vẫn sử dụng lao động là sức người. Phương pháp này nhìn chung kém hiệu quả, và tồn tại nhiều mặt trái.

Với việc tạo ra động cơ hơi nước đầu tiên, Scotland James Watt đã làm thay đổi hoàn toàn bộ mặt của nhân loại nói chung, và nước Anh nói riêng. Tại đó, con người không còn là “nguồn cung cấp năng lượng” nữa, mà trở thành người điều hành các cỗ máy có khả năng làm việc hiệu quả hơn.

Năm 1860, Lancashire – một thành phố tại Anh thậm chí đã đóng góp số sản lượng vải bông bằng một nửa trên thế giới. Anh được công nhận là nước công nghiệp mạnh nhất, giàu nhất, và thường được gọi bằng cái tên “công xưởng của toàn thế giới”.

Những phiên bản cải tiến sau này của động cơ hơi nước giúp nó lần lượt thay thế một lượng lớn nhân công tại các nhà máy, tạo ra đầu máy tàu lửa, thuyền chở hàng… và tuabin hơi nước.

Sáng chế bởi: Nicolas Appert

Công nhân gắn mã và hàn lon thực phẩm ở Pháp vào năm 1870.

Nhìn vào căn bếp hiện đại, chúng ta có thể thấy một phát minh đặc biệt hữu ích đã được sáng chế từ Cách mạng Công nghiệp lần thứ nhất. Đó chính là Công Nghệ bảo quản thực phẩm.

Vào năm 1795, một đầu bếp người Pháp tên là NicolaAppert bị thu hút bởi một giải thưởng được trao cho người có thể tìm ra cách bảo quản thực phẩm để vận chuyển trong nhiều ngày.

Thời bấy giờ, thực phẩm có thể được bảo quản thông qua các phương pháp như sấy khô và lên men, nhưng chúng lại không giữ được hương vị, và cũng không thực sự hiệu quả 100%.

Appert đã dành 14 năm để giải câu đố này. Rốt cuộc, ông đã nghiên cứu thành công kỹ thuật bảo quản thực phẩm chín bằng cách cho vào lọ, rồi đậy kín lại.

Sau đó, ông đun sôi lọ này trong nước nhằm tạo ra một lớp chân không, giúp thực phẩm tránh tiếp xúc trực tiếp với oxy trong không khí, qua đó bảo quản được lâu hơn.

Sáng chế bởi: Samuel Morse

Một máy điện báo sử dụng mã Morse để liên lạc.

Trước thời đại của điện thoại thông minh và máy tính xách tay, con người vẫn sử dụng Công Nghệ để liên lạc nhờ một phát minh được gọi là điện báo.

Điện báo được sáng chế vào những năm 1830 bởi Samuel Morse. Lúc bấy giờ, Morse phát hiện ra rằng ông có thể liên lạc với những người bạn thông qua truyền đi tín hiệu của dòng điện bằng dây nối.

Thấy được sự thú vị của phương pháp này, ông đã sáng chế hẳn một bảng mã sử dụng dấu chấm và dấu gạch ngang, còn gọi là mã Morse để tiện cho việc gửi đi các thông điệp.

Cách thức thực hiện rất đơn giản, đó là chỉ cần tắt, rồi bật công tắc điện theo đúng “nhịp độ”, nhằm truyền tải một thông điệp ngắn, đã được quy ước từ trước. Trong đó, thời lượng của dấu gạch ngang dài gấp ba lần so với dấu chấm.

Ngoài việc dùng dòng điện, mã Morse còn có thể áp dụng cho sóng vô tuyến, ánh sáng nhìn thấy hoặc sóng âm thanh.

Sự phát triển mạnh mẽ vào những năm 1840 của phương pháp này thậm chí đã giúp tạo nên dịch vụ tin tức điện tử đầu tiên tại Mỹ, Associated Press. Phát minh của Morse cũng giúp kết nối liên lạc giữa Mỹ và châu Âu – một kỳ tích toàn cầu vào thời điểm bấy giờ.

Sáng chế bởi: Thomas Edison

Máy quay đĩa là một trong những phát minh vĩ đại của Thomas Edison.

Tính đến khi Edison giới thiệu sáng chế của mình, chúng ta chưa có cách nào lưu lại lời bài hát, hay dù chỉ là một đoạn nhạc. Cách duy nhất để thưởng thức âm nhạc là đi nghe trực tiếp.

Thomas Edison đã thay đổi điều này với một ý tưởng rất đơn giản, nhưng vô cùng hiệu quả. Bí quyết là sử dụng một cây kim để tạo nên các rãnh trên đĩa nhạc dựa vào độ biến thiên của tín hiệu âm thanh.

Ở máy quay đĩa, người ta xử lý âm thanh theo cách ngược lại, tức là chuyển hóa các xung động cơ học thành tín hiệu âm thanh loại nhỏ, rồi được khuếch đại lên qua loa.

Sáng chế bởi: Louis Daguerre

Một trong những bức ảnh được chụp vào năm 1838 bởi nhà phát minh Louis Daguerre cho thấy khung cảnh một con phố tại Pháp.

Mặc dù chiếc máy ảnh đầu tiên đã ra đời từ khá lâu, song mãi tới những năm 30 của thế kỷ 18, khái niệm về nhiếp ảnh mới thực sự ra đời.

Tại thời điểm ấy, Louis Daguerre – một nhà vật lý người Pháp cùng với cộng sự của ông – Josep Nicéphore, được xem là những người đầu tiên phát minh ra daguerreotype, hình thức nhiếp ảnh hiện đại đầu tiên.

Đây là một quá trình dương bản trực tiếp, nhằm tạo ra hình ảnh có độ chi tiết cao trên một tấm đồng được mạ một lớp bạc mỏng, và đánh bóng như gương. Điều đặc biệt của phương pháp này là nó không cần sử dụng tới âm bản.

Sau khi tiếp xúc với ánh sáng, tấm đồng được hơ trên thủy ngân nóng cho đến khi các hình ảnh xuất hiện. Để cố định chúng, Daguerre nhúng tấm đồng vào dung dịch natrthiosunfat, và sau đó mài bằng vàng clorua.

Phát minh của Daguerre được xem là một đóng góp lớn cho nền văn hóa đương đại, khi tạo ra cơ hội cho tầng lớp trung lưu có được những bức chân dung với giá cả phải chăng.

Khoa Học Và Công Nghệ

Bắn 15 mũi tên trong 10 giây: Đây là vũ khí đáng sợ do Gia Cát Lượng phát minh

Đã đăng trên Tháng mười một 6, 2024 bởi Nguyễn Võ

06
Th11

Nỏ liên hoàn của Gia Cát Lượng có thể bắn tới 15 mũi tên trong 10 giây, trở thành vũ khí đáng sợ trên các chiến trường của Trung Quốc thời cổ đại.

Nỏ là một loại vũ khí cổ được dùng để phóng tên, có sức ảnh hưởng lớn đến các trận chiến trong thời cổ đại. Trước khi được sử dụng rộng rãi, nỏ ban đầu là vũ khí có thiết kế khá đơn giản, bao gồm cây cung và số lượng mũi tên mang theo có giới hạn.

Để sử dụng cung tên một cách hiệu quả, những đội quân trước khi chinh chiến cần phải đào tạo một số lượng cung thủ có sức mạnh thể chất cũng như kỹ năng sử dụng thành thạo.

Trong khi đó, sử dụng nỏ liên hoàn thường chỉ cần ít người có kỹ thuật và hao tốn sức mạnh thể chất ít hơn nhiều so với cung tên.

Hơn nữa, chúng có thể được tạo ra với chi phí rẻ hơn. Do đó, những người lính được giao phó nhiệm vụ điều khiển nỏ (dù không được huấn luyện nhuần nhuyễn với cung tên) cũng có thể sử dụng vũ khí này một cách hiệu quả trên sa trường.

Nỏ có thể đã được phát minh từ rất sớm ở Trung Quốc thời cổ đại. Một số sử gia tin rằng, nỏ là vũ khí quân sự được phát minh lần đầu tiên ở quốc gia này vào đầu những năm 2.000 TCN.

Điều này có thể nhận thấy dựa trên một số hiện vật như xương, đá, hay vật liệu dùng để kích hoạt nỏ. Tuy nhiên, theo một số bằng chứng kết luận thì nỏ xuất hiện vào khoảng thế kỷ 6 TCN ở Trung Quốc cổ đại.

Nỏ là một vũ khí cổ được sử dụng trên chiến trường thời cổ đại và Trung Cổ. (Ảnh: Intenet).

Bên cạnh đó, nỏ cũng được cho là phát minh đầu tiên ở Đông Á, Trung Á, nên thực sự rất khó để xác định chính xác nguồn gốc của loại vũ khí này.

Tuy nhiên, hầu hết các bằng chứng trong văn học và khảo cổ học, lại cho thấy nỏ xuất hiện sớm nhất là ở Trung Quốc.

Ảnh: Public Domain.

Về văn học, hai minh chứng đầu tiên có đề cập đến sử dụng nỏ, bao gồm Binh Pháp Tôn Tử, Học thuyết Mặc Tử (khoảng thế kỷ 4 – 3TCN), vào một tài liệu có liên quan đến việc sử dụng nỏ khổng lồ trong giai đoạn khoảng thế kỷ 6 – 5 TCN, thuộc cuối thời kỳ Xuân Thu (770-476 TCN).

Đối với các bằng chứng khảo cổ, các chuyên gia phát hiện một bộ phận bằng đồng của nỏ được tìm thấy trong một ngôi mộ cổ ở Khúc Phụ, tỉnh Sơn Đông.

Những cổ vật nhỏ này có niên đại vào khoảng năm 600 TCN, và khu vực này khi đó là một phần của nước Lỗ, một nước chư hầu của Nhà Chu thời Xuân Thu.

Ngoài ra, các nhà khảo cổ cũng phát hiện thấy những mũi nỏ bằng đồng có niên đại giữa thế kỷ thứ 5 TCN, tại tỉnh Hồ Bắc (trước đó từng là một phần của Nhà Chu).

Cung tên trong lăng mộ Tần Thủy Hoàng. (Ảnh: Ancientorigins)

Đặc biệt, vào năm 2015, giới nghiên cứu bất ngờ khi phát hiện chiếc nỏ hoàn chỉnh đầu tiên có niên đại từ triều đại nhà Tần, được tìm thấy trong lăng mộ của Tần Thủy Hoàng, vị hoàng đế đầu tiên và nổi tiếng bí ẩn trong lịch sử Trung Quốc.

Chiếc nỏ cổ hơn 2.000 năm tuổi với chiều dài khoảng 1,5 mét, và có tầm bắn khoảng gần 800 mét.

Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng nỏ cũng là vũ khí có một số nhược điểm nghiêm trọng. Một trong số đó là tốc độ bắn chậm. Hơn nữa, vào thời Trung Cổ, các quốc gia ở châu Âu thường sử dụng những mũi tên nặng.

Theo đó, tốc độ trung bình của nỏ bắn ra là khoảng 2 mũi tên trong một phút. Tuy nhiên, nếu một người lính thành thạo, thì có thể bắn từ 10-12 mũi tên/phút.

Theo các chuyên gia, dường như nỏ Trung Quốc thời cổ đại cũng gặp với vấn đề tương tự giống như những quốc gia châu Âu thời Trung Cổ.

Nỏ liên hoàn, phát minh tuyệt vời của Gia Cát Lượng thời Tam Quốc. (Ảnh: BRLSI).

Như mọi người đã biết, Gia Cát Lượng không chỉ giỏi nhìn xa trông rộng và góp ý đắc lực cho quân vương, ông còn khá giỏi trong việc cải tiến công cụ chiến đấu trong chiến tranh. Dưới sự hướng dẫn của ông, ngay từ thời Tam Quốc, ông đã sáng chế ra một loại nỏ cho phép bắn liên tục những mũi tên sắc bén, đó chính là “Nỏ thần Gia Cát Lượng” hay, “nỏ liên hoàn, “nỏ Gia Cát” mà chúng ta thường thấy trong nhiều tiểu thuyết. Bạn biết đấy, trong thời đại vũ khí lạnh cổ đại, tính sát thương của các công cụ chiến đấu như “Thang mây” và “Nỏ thần Gia Cát” có thể tăng gấp đôi hiệu quả chiến đấu trong chiến tranh, chắc chắn có thể so sánh với súng máy và xe tăng trong thời hiện đại.

Nỏ liên hoàn là một phát minh nổi tiếng của Gia Cát Lượng (181-234), nhà chính trị, nhà quân sự kiệt xuất của Trung Quốc thời Tam Quốc (220-280). Phát minh đặc biệt này của Gia Cát Lượng được sáng chế khi ông chuẩn bị phạt Ngụy.

Trước tình hình phải giao đấu với đội quân kỵ binh đông đảo của Ngụy, Gia Cát Lượng đã tạo ra loại vũ khí có uy lực mạnh mẽ với tính sát thương lớn hàng đầu lúc bấy giờ. Theo một số ghi chép lịch sử, loại nỏ này sử dụng tên làm bằng sắt, dài khoảng 80cm.

Nỏ liên hoàn có những cải tiến ưu việt so với nỏ truyền thống. (Ảnh: Ancientorigins).

Trong tình hình thực tế, người ta có thể nhận thấy những cải tiến vượt trội của chiếc nỏ liên hoàn so với những vũ khí trước đó.

Đúng như tên gọi, nỏ liên hoàn có thể bắn được số lượng đáng kể mũi tên trước khi cần phải nạp lại.

Tần suất bắn nhanh đáng kinh ngạc của nỏ liên hoàn đã khiến chúng trở thành một loại vũ khí tầm xa đáng sợ trên các chiến trường ở Trung Quốc thời cổ đại.

Khác với các loại nỏ thông thường, nỏ liên hoàn được thiết kế tự động đưa các mũi tên vào rãnh bắn. Điều này giúp giảm thiểu đáng kể thời gian ngắt quãng giữa các lần bắn và thao tác của cung thủ.

Dây cung của nỏ liên hoàn được căng bằng cần gạt thay vì kéo tay. (Ảnh: Baike).

Bên cạnh đó, dây cung được căng bằng cần gạt thay vì kéo tay, cũng giúp các thao tác của cung thủ hay người lính điều khiển nỏ tăng tốc độ, tiết kiệm thời gian và sức lực.

Cụ thể, trong tay một người lính hoặc một cung thủ điêu luyện, nỏ liên hoàn có thể bắn được liên tiếp 15 mũi tên chỉ trong 10 giây, nhanh hơn rất nhiều lần so với tốc độ của nỏ thông thường.

Tốc độ chiến đấu và khả năng sát thương lớn khiến nỏ liên hoàn được ví như “súng máy” của binh lính Trung Quốc thời cổ đại.

Sự kết hợp giữa tốc độ và sức mạnh đã khiến nỏ Gia Cát trở thành một trong những vũ khí tối ưu nhất, đáp ứng được yêu cầu chiến thuật và chiến lược trong chiến tranh, từ đó góp phần thay đổi cục diện nhiều trận chiến lớn thời cổ đại.

Tần suất bắn nhanh khiến nỏ liên hoàn trở thành một vũ khí tầm xa đáng sợ trên chiến trường. (Ảnh: Sohu)

Nỏ Gia Cát được xem là vũ khí đỉnh cao thời cổ đại vì nhiều lý do:

Nỏ Gia Cát chính là sự kết hợp giữa kiến thức kỹ thuật và chiến thuật quân sự, thể hiện sự sáng tạo và tiến bộ trong sản xuất vũ khí thời cổ đại.

Khoa Học Và Công Nghệ

‘Nối’ dây chằng bằng vít tự hủy

Đã đăng trên Tháng mười một 6, 2024 bởi Nguyễn Võ

06
Th11

Nỗi lo lắng về những ca phẫu thuật để chữa lành chấn thương dây chằng của các vận động viên được giảm bớt với phát minh mới của các nhà khoa học thuộc Học viện Fraunhofer, Benmen về loại vít sinh học tự hủy.

Đối với những cầu thủ bóng đá, vận động viên trượt tuyết hay những người chơi tennis, nỗi lo lắng và sợ hãi nhất của họ là việc dính phải chấn thương dẫn đến đứt dây chằng chữ thập ở đầu gối.

Khi đó, họ phải trải qua một ca phẫu thuật nhằm phục hồi sự ổn định của mối nối. Trong quá trình phẫu thuật, dây chằng bị đứt hay tổn thương được thay thế bởi một mảnh dây chằng khác từ chân, được cố định với xương bằng các vít giao thoa.

Vấn đề ở đây là việc các vít này làm bằng titanium. Điều này có nghĩa là, sau một thời gian nhất định, bệnh nhân lại phải trải qua một phẫu thuật đau đớn nữa để gỡ bỏ vít đó.

Vì vậy, các nhà nghiên cứu từ Trung tâm nghiên cứu vật liệu ứng dụng và kĩ thuật sản xuất (IFAM) thuộc học viện Fraunhofer ở Bremen vừa phát triển một loại vít cố định có khả năng thích nghi sinh học với cơ thể và có khả năng tự phân hủy sau một thời gian mà không độc hại với cơ thể. Các nhà khoa học muốn giảm bớt nỗi đau cũng như thời gian của những bệnh nhân đứt dây chằng hay các bệnh nhân có vấn đề liên quan đến xương.

Tiến sĩ Philip Imgrund, trưởng khoa Công Nghệ vật liệu sinh học cơ thể của IFAM phát biểu: “Chúng tôi đã tạo ra loại vật chất sinh học cơ mới ở dạng sinh hóa mạnh mẽ nhưng có khả năng tự phân hủy. Tùy thuộc vào điều kiện và cấu thành, những chiếc vít sinh học tự hủy trong vòng khoảng 24 tháng”.

vit-1

Loại vít sinh học mới có khả năng tự hủy nên bệnh nhân không cần phải phẫu thuật lấy nó ra.

Những chiếc vít tự phân hủy này được làm từ axit polylactic-loại chất được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực y tế. Tuy nhiên, trước đây, chúng thể hiện nhược điểm là khi mòn dần do thời gian sử dụng, chúng có thể để lại những lỗ trên xương.

Nhóm nghiên cứu của IFAM đã bổ sung cho vật liệu và phát triển một hỗn hợp giữa axit polylactic và hydroxylapatite-một loại sứ là thành phần chính trong xương. Loại vật liệu mới làm vít này có tỉ lệ hydroxylapatite cao hơn cũng như thúc đẩy sự phát triển của xương dưới mô cấy.

Loại vít sinh học mới này có độ cứng gần tương đương với xương thật. Nếu xương bình thường có thể chịu được sức nén 130-170 N/mm² thì loại vít này có độ cứng lên tới 130 N/mm², một đột phá thực sự.

Để có thể tạo nên loại vít này, các nhà khoa học không nghiền nhỏ vật chất mà sử dụng phương pháp định khung và nén ở 140 độ C. Trong khi việc ép khung dạng chất bột phải thực hiện ở điều kiện ép ở nhiệt độ rất cao, lên tới 1.400 độ C.

Trong tương lai, các kĩ sư đang muốn tiếp tục phát triển các kiểu mô cấy sinh học tương tự thế này bằng quá trình tiết kiệm năng lượng vừa nêu trên.

Khoa Học Và Công Nghệ

Máy bay vũ trụ siêu thanh có tốc độ lên tới 11.113km/h

Đã đăng trên Tháng mười một 1, 2024 bởi Nguyễn Võ

Hình dáng của máy bay vũ trụ siêu thanh Stargazer.

01
Th11

Tại hội nghị UP Summit ở Bentonville, Arkansas, công ty khởi nghiệp Venus Aerospace giới thiệu thiết kế phương tiện siêu thanh đầu tiên mang tên Stargazer.

Hình dáng của máy bay vũ trụ siêu thanh Stargazer. (Ảnh: Venus Aerospace)

Stargazer là mẫu drone kiêm máy bay vũ trụ tốc độ Mach 9, có thể bay vòng quanh thế giới trong một giờ. Máy bay siêu thanh này sẽ cất cánh từ sân bay thông thường và bay tới rìa vũ trụ. Phương tiện sẽ bay lên ở tốc độ cận âm trước khi chuyển sang tốc độ siêu thanh. Khi hoàn thành, Stargazer sẽ dài 46 m, rộng 30,5 m và trọng lượng cất cánh là 68.039 kg. Phương tiện có thể chở 12 hành khách.

Stargazer sẽ tăng tốc tới Mach 9 (11.113 km/h) sau khi đạt độ cao 51.817 m, theo công ty. Chiếc máy bay chỉ mất một giờ để vượt quãng đường mà máy bay thông thường cần tới một ngày.

Venus Aerospace là công ty khởi nghiệp thành lập bởi Sarah “Sassie” Duggleby và tiến sĩ Andrew Duggleby. Mục tiêu của công ty là chế tạo một máy bay siêu thanh Mach 9 có thể chở hành khách đi khắp thế giới và trở về trong ngày. Mẫu máy bay mới là kết quả từ quá trình thiết kế bắt đầu khi công ty ra đời vào năm 2020. Từ sau đó, Venus Aerospace đã thu hút 33 triệu USD vốn đầu tư. Đội ngũ chuyên gia của công ty phát triển 3 Công Nghệ chính là động cơ tên lửa thế hệ mới không thải khí, thiết kế máy bay độc đáo và làm mát cao cấp, tất cả đều nhằm cho phép máy bay không gian cất cánh từ các sân bay và cơ sở hạ tầng hiện nay.

“Chúng tôi làm việc với NASA tại Trung tâm vũ trụ Johnson và có thể tiếp cận thông tin từ thử nghiệm tiếng nổ siêu thanh trong chương trình Tàu con thoi”, Duggleby chia sẻ. “Chúng tôi xác định ở độ cao và tốc độ lớn, bạn sẽ không nghe thấy âm thanh của máy bay. Chúng ta có thể bay ở độ cao 51.816m với tốc độ Mach 9″.

Chỉ trong thời gian ngắn, Venus Aerospace đã phát triển và chế tạo động cơ trình diễn Công Nghệ, thực hiện nhiều thử nghiệm quan trọng trong đường hầm gió siêu thanh và những cơ sở thử nghiệm lực đẩy trên khắp nước Mỹ, bắt đầu đợt thử nghiệm trên mặt đất ở cảng hàng không Houston. Venus Aerospace sẽ bắt đầu thử nghiệm bay cận âm và siêu thanh với nguyên mẫu cỡ nhỏ trong năm sau.

Khoa Học Và Công Nghệ

Pin hạt nhân tí hon có thể hoạt động hàng thập kỷ

Đã đăng trên Tháng mười 31, 2024 bởi Nguyễn Võ

Tinh thể phát sáng chứa americium trong môi trường sáng (trên) và trong môi trường tối (dưới).

31
Th10

Các nhà khoa học chế tạo viên pin hạt nhân mới sử dụng nguyên tố americium, có kích thước milimet và phát điện ổn định.

Từ những năm 1900, giới nghiên cứu đã muốn sử dụng nguyên tử phóng xạ để chế tạo pin có tuổi thọ và khả năng chống hư hỏng vượt trội. Một số nguyên mẫu đã được lắp ráp, thậm chí sử dụng trong các nhiệm vụ không gian, nhưng không hiệu quả. Trong nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature hôm 18/9, chuyên gia Shuao Wang tại Đại học Đông Ngô, Trung Quốc, cùng đồng nghiệp tăng hiệu suất của thiết kế pin hạt nhân lên gấp 8.000 lần.

Tinh thể phát sáng chứa americium trong môi trường sáng (trên) và trong môi trường tối (dưới). (Ảnh: Kai Li/New Scienctist).

Đầu tiên, nhóm nghiên cứu sử dụng một mẫu nhỏ nguyên tố americium, thường được coi là chất thải hạt nhân. Nó phát năng lượng dưới dạng các hạt alpha, vốn mang nhiều năng lượng nhưng nhanh chóng thất thoát vào môi trường xung quanh. Do đó, nhóm chuyên gia đặt americium vào một tinh thể polymer để chuyển hóa năng lượng này thành ánh sáng xanh liên tục và ổn định.

Tiếp theo, họ kết hợp tinh thể chứa americium phát sáng với tấm pin quang điện mỏng. Cuối cùng, họ đóng gói pin hạt nhân tí hon này vào một tấm thạch anh kích thước milimet.

Wang cho biết, trong hơn 200 giờ thử nghiệm, thiết bị đã cung cấp nguồn điện ổn định với năng lượng tương đối cao và hiệu suất chưa từng có. Nó cũng chỉ cần một lượng nhỏ vật liệu phóng xạ để hoạt động. Dù americium có thời gian bán rã 7.380 năm, pin hạt nhân sẽ hoạt động được trong vài thập kỷ, vì các thành phần xung quanh sẽ dần bị phóng xạ phá hủy.

Pin mới có hiệu suất chuyển đổi tổng thể và công suất đầu ra được cải thiện rất nhiều so với các thiết kế trước đây, theo nhà nghiên cứu Michael Spencer tại Đại học Bang Morgan, Maryland. Tuy nhiên, nó vẫn tạo ra ít năng lượng hơn nhiều so với các thiết bị truyền thống. Ví dụ, cần tới 40 tỷ viên pin để cung cấp năng lượng cho một bóng đèn 60 watt.

Nhóm nghiên cứu đang tiếp tục tìm cách tăng hiệu suất và công suất đầu ra của loại pin mới. Họ cũng muốn làm cho viên pin dễ sử dụng và an toàn hơn vì nó chứa vật liệu phóng xạ có thể gây nguy hiểm.

“Chúng tôi hình dung pin hạt nhân tí hon của mình sẽ được sử dụng để cung cấp năng lượng cho cảm biến nhỏ trong những môi trường xa xôi hoặc khắc nghiệt mà nguồn điện truyền thống không thể hoạt động, như dưới biển sâu, trong nhiệm vụ không gian hoặc trạm giám sát từ xa”, Wang nói.

Khoa Học Và Công Nghệ

Phát triển Công Nghệ chẩn đoán sớm bệnh Parkinson

Đã đăng trên Tháng mười 31, 2024 bởi Nguyễn Võ

Bệnh Parkinson là một chứng rối loạn thoái hóa thần kinh

31
Th10

Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế do trường Đại học Tel Aviv đứng đầu đã phát triển Công Nghệ mới, có thể phát hiện sớm bệnh Parkinson 20 năm trước khi các triệu chứng bắt đầu xuất hiện.

Bệnh Parkinson là một chứng rối loạn thoái hóa thần kinh gặp phải khi bệnh nhân mất dần các tế bào thần kinh sản xuất dopamine trong não. Khi chẩn đoán bệnh, các bác sĩ thường dựa vào các triệu chứng có thể quan sát được như run tay hoặc chân và các vấn đề về dáng đi. Tuy nhiên, những dấu hiệu này chỉ xuất hiện sau khi bệnh nhân đã mất đi một số lượng tế bào thần kinh đáng kể.

Bệnh Parkinson là một chứng rối loạn thoái hóa thần kinh gặp phải khi bệnh nhân mất dần các tế bào thần kinh sản xuất dopamine trong não (ảnh minh họa).

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học Israel đã sử dụng kính hiển vi siêu phân giải và phân tích tính toán để lập bản đồ chính xác các tập hợp protein – một chỉ số chính của bệnh Parkinson, trong các sinh thiết da của con người.

Theo các nhà nghiên cứu, quá trình tập hợp protein bắt đầu khoảng 15 năm trước khi các triệu chứng xuất hiện và quá trình tế bào chết đi xảy ra từ 5 – 10 năm trước khi các phương pháp chẩn đoán hiện tại có thể phát hiện ra. Do đó, Công Nghệ mới của họ mở ra một cửa sổ 20 năm – dài đáng kể để chẩn đoán và can thiệp điều trị sớm bệnh Parkinson.

Các nhà khoa học đã thử nghiệm Công Nghệ mới trên các mẫu sinh thiết da của 7 bệnh nhân Parkinson và 7 người không mắc bệnh này, tổng hợp từ 3 trung tâm y tế hàng đầu của Israel. Họ đã lập bản đồ và xác định thành công nhiều tập hợp protein hơn ở những người mắc bệnh Parkinson.

Công nghệ mới, được trình bày chi tiết trên chuyên san Frontiers in Molecular Neuroscience, có thể xác định sớm các dấu hiệu tế bào của bệnh Parkinson, mở ra tiềm năng điều trị sớm hơn hoặc thậm chí là phòng ngừa căn bệnh này. Theo các nhà nghiên cứu, Công Nghệ mới cũng có thể giúp phát hiện sớm các bệnh thoái hóa thần kinh khác, chẳng hạn như bệnh Alzheimer.

Sau thành công đột phá này, nhóm nghiên cứu dự định phát triển một thuật toán học máy để tìm mối liên quan giữa kết quả kiểm tra vận động và nhận thức với các phát hiện vi mô, nhằm dự đoán diễn tiến bệnh trong tương lai.

Khoa Học Và Công Nghệ

“Choáng” với Công Nghệ Trung Quốc: Dùng lá cây để khai thác thủy điện, có nguồn cung bền vững và vô tận

Đã đăng trên Tháng mười 31, 2024 bởi Nguyễn Võ

Các nhà khoa học Trung Quốc sử dụng lá sen để thử nghiệm thiết bị tạo hơi nước

31
Th10

SCMP cho biết, các nhà khoa học Trung Quốc đã chế tạo một máy phát năng lượng bằng cách khai thác quá trình bốc hơi nước của thực vật để tạo ra điện.

Công nghệ này có thể biến hầu hết mọi loại lá trên Trái đất thành nguồn năng lượng bền vững và có khả năng cung cấp không ngừng nghỉ.

Các nhà khoa học Trung Quốc sử dụng lá sen để thử nghiệm thiết bị tạo hơi nước để khai thác năng lượng.

Nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Nông lâm Phúc Kiến cho biết, máy phát điện từ việc lá bốc hơi nước – ở đây được nhóm sử dụng lá sen, có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử nhỏ và sử dụng để tạo ra mạng lưới điện chạy bằng các loài thực vật.

Nhóm viết trong bài báo được công bố trên tạp chí Nature Water hôm 16/9: “Nghiên cứu này không chỉ khám phá ra ứng dụng thuỷ điện chưa từng phát hiện trong quá trình thoát hơi nước của lá, mà còn mang đến góc nhìn mới để thúc đẩy các Công Nghệ năng lượng xanh”.

Điện khai thác từ thuỷ điện chủ yếu dựa vào chuyển động và tương tác của nước với các bề mặt rắn. Các thiết bị khai thác thuỷ điện hiện tại cần nguồn cung cấp nước ổn định nên phải ở gần nguồn nước lớn như sông hoặc đập.

Nhóm cho hay: “Tuy nhiên, quá trình thoát hơi nước tự nhiên của lá cây hiếm khi được khai thác trực tiếp. Ở đây, chúng tôi đi tiên phong trong việc phát triển mẫu thiết bị tạo hơi nước từ lá sen (LTG) nhằm chứng minh khả năng tạo ra điện qua quá trình thoát hơi nước từ lá là khả thi”.

Thoát hơi nước là động lực đầu trên của dòng nước và các chất khoáng từ rễ lên lá, sau đó đến các bộ phận khác. Các nhà nghiên cứu ước tính, việc tạo ra điện thông qua quá trình thoát hơi nước từ thực vật khi được triển khai trên quy mô toàn cầu có thể tạo ra 67,7 TWh điện (67,7 tỷ kWh) mỗi năm.

Hu Qichang, tác giả đầu tiên của bài báo và giáo sư tại Đại học Nông lâm Phúc Kiến, cho hay: “Thông qua quá trình nghiên cứu sâu hơn và tối ưu hoá kỹ thuật, quá trình tạo ra điện từ lá cây có thể trở thành Công Nghệ được sử dụng rộng rãi và khả thi về mặt thương mại. Ưu điểm chính ở đây là tính bền vững, thân thiện với môi trường và chi phí thấp”.

Máy phát điện từ quá trình thoát hơi nước có lợi thế riêng biệt so với máy phát điện từ thuỷ điện truyền thống, ví dụ như thiết bị đơn giản, chi phí thấp và không cần sử dụng nguồn nước quy mô lớn. Theo giáo sư Hu, Công Nghệ này cũng có thể là nguồn điện cho các khu vực nằm rải rác mà không cần cơ sở hạ tầng quy mô lớn.

Giáo sư Hu cho biết, vì cây liên tục trao đổi nước với môi trường thông qua quá trình thoát hơi nước nên quá trình tạo ra năng lượng có thể diễn ra suốt cả ngày, đặc biệt là khi có đủ ánh sáng mặt trời.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra có một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thoát hơi nước và hiệu suất của thiết bị. Đường kính thân cây dày hơn cho phép tốc độ vận chuyển nước cao hơn, qua đó cải thiện hiệu suất. Nhiệt độ môi trường cao hơn sẽ cải thiện quá trình tạo ra điện, song độ ẩm tăng sẽ cản trở quá trình tạo ra điện.

Giáo sư Hu giải thích, để có thể ứng dụng rộng rãi, một số thách thức cần được giải quyết ví dụ như cải thiện hiệu suất tạo ra điện của 1 chiếc lá, tối ưu hoá hệ thống thu thập và lưu trữ năng lượng, mở rộng khả năng ứng dụng.

Hiện tại, sản lượng điện từ 1 chiếc lá đơn lẻ tương đối nhỏ. Nghiên cứu của nhóm cho thấy rằng việc kết nối nhiều cây và lá có thể hình thành một mạng lưới điện, giúp tăng sản lượng.

Hu cho hay: “Trong tương lai, Công Nghệ này có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như internet năng lượng, lưới điện thông minh, IoT và cảm biến”.

Trong khi hiệu suất của LTG và lý thuyết về các cơ chế của Công Nghệ này vẫn đang ở giai đoạn đầu, Hu cho biết nhóm sẽ khám phá các phương pháp khác nhau để phát triển.

Đăng nhập