close Đăng nhập

Phát hiện đột phá: Dùng âm thanh để "ra lệnh" cho vật chất thay đổi độ cứng

Các nhà khoa học đã tìm ra cách dùng sóng âm để di chuyển và điều chỉnh các đặc điểm nhỏ của vật liệu một cách chính xác và hiệu quả.

Các nhà khoa học chế tạo "tia kéo" âm thanh để điều khiển độ cứng của vật liệu. Ảnh: IE
Các nhà khoa học chế tạo "tia kéo" âm thanh để điều khiển độ cứng của vật liệu. Ảnh: IE

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một cách điều khiển hành vi của vật liệu bằng âm thanh. Trong một nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature Communications, nhóm nghiên cứu giải thích rằng các tần số sóng âm cụ thể có thể di chuyển một cách ổn định những đặc điểm cực nhỏ, mang tính cục bộ gọi là “nếp gấp cơ học” (mechanical kinks) - yếu tố quyết định phần nào của vật liệu sẽ mềm hay cứng.

“Nếp gấp cơ học” hoạt động như ranh giới giữa hai trạng thái nội tại khác nhau trong cùng một vật liệu. Ở hai phía của ranh giới này, các nguyên tử hoặc đơn vị cấu trúc có thể giống hệt nhau, nhưng cách sắp xếp trong không gian ba chiều lại khác nhau.

Chỉ một thay đổi cấu trúc rất nhỏ như vậy cũng có thể tạo ra sự khác biệt lớn về tính chất cơ học. Các “kink” đóng vai trò quan trọng trong việc xác định nơi vật liệu bị biến dạng, xuất hiện trong những hiện tượng như kim loại bị uốn cong vĩnh viễn hoặc các sợi DNA tách ra.

Điều khiển “kink” bằng âm thanh: bước tiến mới cho vật liệu thích ứng

Từ lâu, việc kiểm soát “kink” đã thu hút các nhà khoa học vật liệu, vì chỉ cần dịch chuyển chúng là có thể thay đổi cách vật liệu hoạt động - chẳng hạn chuyển vùng mềm sang cứng và ngược lại. Tuy nhiên, việc điều khiển chính xác rất khó do các “kink” thường bị giữ lại bởi rào cản năng lượng.

“Các thí nghiệm trước đây cho thấy sóng âm có thể làm di chuyển ‘kink’, nhưng chuyển động thường khó đoán và khá hỗn loạn,” ông Nicholas Boechler - đồng tác giả chính của nghiên cứu, giáo sư tại Trường Kỹ thuật Jacobs, thuộc Đại học California San Diego - cho biết.

Ông Boechler và cộng sự đã tìm ra cách điều khiển chính xác chuyển động của “kink” bằng sóng âm. Họ thiết kế một mô hình vật liệu đặc biệt, trong đó việc dịch chuyển “kink” gần như không cần năng lượng - một đặc tính rất hiếm. Điều này đạt được nhờ khiến hành vi cơ học của vật liệu phụ thuộc vào cấu trúc bên trong thay vì thành phần hóa học.

Trong mô hình này, vị trí của “kink” quyết định độ cứng của vật liệu: vùng xung quanh “kink” luôn mềm, còn càng xa thì càng cứng. Nếu “kink” nằm ở một đầu, đầu đó sẽ mềm còn đầu kia cứng; nếu nằm ở giữa, phần trung tâm mềm còn hai bên cứng hơn.

Sóng âm điều khiển từng bước cực chính xác

Ông Boechler mô tả phát hiện này như một “tia kéo” bằng âm thanh, có thể kéo “kink” di chuyển và thay đổi cảm nhận độ cứng của vật liệu theo ý muốn. Nhờ không có rào cản năng lượng, “kink” có thể được dịch chuyển một cách ổn định và theo từng bước rất nhỏ.

Khi phát sóng âm từ một phía, “kink” sẽ bị kéo về phía nguồn âm. Một xung âm nhỏ đẩy nó đi một đoạn ngắn, và mỗi xung tiếp theo lại đưa nó tiến xa hơn. Nói cách khác, các nhà nghiên cứu đã có thể điều khiển trạng thái bên trong của vật liệu từ xa.

Để kiểm chứng, nhóm đã tạo một mô hình kích thước thực gồm các đĩa xoay nối với nhau bằng lò xo. Mỗi đĩa đại diện cho một nguyên tử, còn lò xo đóng vai trò như liên kết nguyên tử. Một đĩa đặc biệt đại diện cho “kink”. Các xung âm ngắn khiến “kink” di chuyển từng vài đĩa về phía nguồn âm; lặp lại nhiều lần, nó tiến từng bước. Khi dùng rung động dài hơn, “kink” có thể bị kéo xuyên suốt chuỗi, làm đảo ngược bên mềm và bên cứng của vật liệu.

Nghiên cứu cho thấy con người có thể kiểm soát “kink” bằng âm thanh với độ chính xác chưa từng có - dù hiện tại chủ yếu theo hướng “kéo”. Chỉ những tần số nhất định mới kích hoạt được chuyển động, và mô phỏng cho thấy sóng âm vẫn truyền đủ động lượng để di chuyển “kink” ngay cả khi bị phản xạ một phần.

Phát hiện này mở ra khả năng điều chỉnh độ cứng và “lập trình” tính chất cơ học của vật liệu theo nhu cầu, một bước tiến quan trọng hướng tới các vật liệu thông minh trong tương lai.

​

Theo IE

Thế giới

Cổ phiếu AI đua nhau lao dốc khiến các nhà đầu tư lo ngại. Ảnh: Chinatimes.

480 tỷ USD bốc hơi, cổ phiếu AI Trung Quốc lao dốc

Chưa đầy 4 tháng, chỉ số STAR 50 tập hợp các doanh nghiệp AI và bán dẫn hàng đầu Trung Quốc giảm 40%, cuốn bay khoảng 480 tỷ USD vốn hóa. Từ Unitree Robotics đến các nhà sản xuất chip, nhiều cổ phiếu từng được săn đón nay đã mất một nửa giá trị.

50 nhà tài trợ lớn nhất đã đóng góp tổng cộng 2,77 tỷ USD, tỷ phú Elon Musk dẫn đầu danh sách cá nhân. Ảnh: AJ.

2,77 tỷ USD đổ vào bầu cử giữa kỳ Mỹ: Các tỷ phú và tổ chức đang ủng hộ những ai?

Bầu cử giữa kỳ Mỹ năm 2026 được dự báo tiêu tốn 11,6 tỷ USD riêng cho quảng cáo chính trị. Trong khi 50 nhà tài trợ lớn nhất đã đóng góp tổng cộng 2,77 tỷ USD, tỷ phú Elon Musk dẫn đầu danh sách cá nhân với 446 triệu USD, làm dấy lên tranh luận về ảnh hưởng của giới siêu giàu đối với chính trường Mỹ.

Máy bay chiến đấu giành ưu thế trên không Su-35. Ảnh: MW.

Oanh tạc cơ Nga bay hơn 13 giờ gần Alaska, tiêm kích Su-35 hộ tống

Bộ Quốc phòng Nga cho biết các oanh tạc cơ chiến lược Tu-95MS đã bay hơn 13 giờ trên biển Bering và biển Chukchi, được tiếp dầu trên không và tiêm kích Su-35S hộ tống. Nhiệm vụ diễn ra trong bối cảnh máy bay Nga và Mỹ từng nhiều lần áp sát nhau tại Alaska và Syria.