Băng dính Velcro, bộ đồ bơi da cá mập của Michael Phelp và máy bay hành khách lớn nhất thế giới Airbus A380 có những điểm chung nào? Câu trả lời nằm trong một lĩnh vực nghiên cứu khoa học đang phát triển, mà qua đó điều các kỹ sư, nhà khoa học và kiến trúc sư hiện đại đang tìm kiếm. Không phải là chúng ta có thể rút ra những gì từ thế giới tự nhiên mà là chúng ta có thể học hỏi những gì từ đó...
Thế giới tự nhiên hiển nhiên luôn là nguồn cảm hứng cho ngành hàng không
Bạn đã bao giờ nghe nói đến “phỏng sinh học” hay kỹ thuật lấy cảm hứng từ sinh học chưa? Nói một cách đơn giản, đó là học tập và bắt chước những ý tưởng tuyệt diệu nhất của tự nhiên để góp phần giải quyết những thách thức của loài người. Đó là lý do bộ đồ bơi nổi tiếng ấy có thể sao chép khả năng của loài cá mập để giảm ma sát và luôn sạch sẽ, là những đặc tính không chỉ giúp Phelp nhanh nhẹn linh hoạt hơn trong làn nước, mà còn bảo vệ những bề mặt trong bệnh viện vốn nhạy cảm với vi khuẩn.
Đối với nhà sản xuất máy bay Airbus, sự mất mát tiềm tàng của hành tinh này và những thế hệ tương lai hiện đã là rất thảm khốc, nhưng hơn thế nữa còn là sự mất mát những tài nguyên thiết yếu cho cảm hứng và sáng tạo. Trong 40 năm trở lại đây các tiến bộ công nghệ kỹ thuật đã giảm 70% mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải và 75% tiếng ồn của máy bay. Ngày nay, ngành công nghiệp hàng không chiếm 2% tổng lượng khí thải CO2 do con người tao ra và đang tiếp tục tìm kiếm những giải pháp công nghệ nhằm giảm bớt tác động đó nhiều hơn nữa - và tự nhiên có thể sẽ đưa ra câu trả lời.
Thế giới tự nhiên hiển nhiên luôn là nguồn cảm hứng cho ngành hàng không, kể từ khi Leonardo da Vinci lần đầu tiên phác thảo máy bay và trực thăng khoảng 500 năm trước. Ngày càng nhiều sáng tạo trong ngành hàng không được lấy cảm hứng từ thế giới tự nhiên.
Normon Wood, Chuyên gia Khí động học và Điều khiển luồng không khí tại Airbus tóm lược vài ví dụ được sử dụng trong máy bay Airbus hiện nay:
Cấu trúc bề mặt lá sen được thiết kế để giữ nó luôn sạch sẽ và khô ráo trong những điều kiện ẩm ướt, làm nước mưa chảy xuống cuốn theo tất cả bụi bặm. Được biết với tên gọi "tính siêu kháng nước" hoặc "hiệu ứng lá sen", những đặc tính này đã truyền cảm hứng cho lớp phủ trang thiết bị trong khoang hành khách nhằm tách làn nước thành từng giọt, cuốn trôi các chất gây ô nhiễm, cải thiện tính vệ sinh và giảm lượng nước cần dùng.
Và cũng theo cách các loài chim biển cảm nhận cơn gió trên không trung bằng mỏ của mình và điều chỉnh hình dáng lông vũ để triệt tiêu lực nâng của không khí, đầu dò (probe) của máy bay Airbus A350 XWB phát hiện cơn gió phía trước cánh và triển khai các bề mặt di động để bay hiệu quả hơn.
Đối với máy bay Airbus A380, nếu không có sự điều chỉnh ở cánh - lấy cảm hứng từ cách bay vút lên của đại bàng - chiếc máy bay hành khách lớn nhất thế giới hẳn sẽ quá lớn.
Nếu theo thiết kế quy ước, cánh của chiếc A380 phải dài thêm 3m để để tạo lực nâng tương đương. Đại bàng Steppe cũng gặp phải vấn đề tương tự. Giống như chiếc A380, cánh của đại bàng không được quá dài kẻo vòng hồi chuyển của nó sẽ đưa nó ra ngoài luồng khí nóng giúp đại bàng bay vút lên. Chim đại bàng điều khiển lông vũ ở đầu cánh, cuộn lên đến khi gần như thẳng đứng để tạo ra một "cánh nhỏ", một sự thích nghi tự nhiên nhằm ngăn chặn gió xoáy để bay hiệu quả hơn. Airbus áp dụng mẹo ấy cho tất cả máy bay của hãng. Nhờ vào cánh nhỏ, cánh của máy bay A380 được rút ngắn cón 79,8m, vừa vặn trong giới hạn quốc tế 80m - mà vẫn còn dư ra 20cm.
Nghiên cứu và công nghệ về máy bay đạt hiệu quả sinh thái chiếm trên 70 phần trăm quỹ của Airbus. Đây là điều thiết yếu cho tương lai của hàng không và thiên nhiên tiếp tục đem đến những giải pháp cho các vấn đề lớn mà ngành hàng không đang gặp phải. Một số giải pháp đem đến cho chúng ta cái nhìn thoáng qua về tương lai của ngành hàng không sẽ ra sao từ việc chúng ta học hỏi những mô hình trong tự nhiên...
Bay, đối với hầu hết loài chim, là một hoạt động khá là ồn ào. Tuy nhiên, trong suốt 20 triệu năm qua loài cú đã tiến hoá để giảm thiểu tiếng ồn khí động học, khiến chúng trở thành những thợ săn thầm lặng. Điều này có được nhờ vào những thích nghi đặc biệt như lông vũ răng cưa ở mép sau cánh và lông tơ trên cánh và chân chim cú. Các sân bay lớn như Chicago O'Hare và London Heathrow có những yêu cầu giới hạn lượng tiếng ồn một hãng hàng không có thể tạo ra trong một ngày. Giờ đây các kỹ sư hàng không đang nghiên cứu thiết kế đặc thù của lông chim cú, hi vọng tạo ra những máy bay yên tĩnh nhất có thể. Các ý tưởng đang được cân nhắc bao gồm một rìa xếp như bàn chải nhằm bắt chước lông vũ sau cánh của chim cú và một lớp phủ mượt trên bộ phận hạ cánh của máy bay. Giảm tiếng ồn máy bay là một mục tiêu cho tương lai và việc quan sát cách bay thầm lặng của loài cú giúp các kỹ sư Airbus tiến thêm một bước gần hơn đến giải pháp cho vấn đề này.
Nhiều thập kỷ nay các nhà khoa học đã biết rằng chim bay theo đội hình - hình chữ V - sẽ đỡ tốn năng lượng hơn. Dòng khí phía trên cánh chim cuộn lên phía trên phía sau đầu cách, một hiện tượng được gọi là "upwash". Những con chim khác bay theo upwash, sẽ giảm bớt lực cản và tiêu tốn ít năng lượng hơn để bay tới. Các chuyên gia hiện đang nghiên cứu ứng dụng của hiện tượng này cho các chuyến bay nhằm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu. Vẫn còn những thách thức quanh cự ly gần giữa các máy bay, tuy nhiên những tiến bộ gần đây đã giúp các kỹ sư Airbus dự đoán rằng trong vòng một thập kỷ tới chúng ta sẽ thấy những máy bay bay theo đội hình chữ V trên bầu trời.
Tất cả những điều này cho thấy rằng thiên nhiên là một thư viện rộng lớn mà từ đó chúng ta có thể học hỏi nhiều thứ. Từ những ví dụ quan trọng, mang tính sống còn trong các ngành công nghiệp như các loại thuốc có nguồn gốc sinh học, công nghệ nano và khoa học về nguyên vật liệu, các kỹ sư chuyên về phỏng sinh học của Airbus đã đưa ra câu hỏi bao nhiêu ngành công nghiệp có khả năng nhưng lại không bảo vệ những nguồn lợi thiên nhiên vốn giữ vai trò quan trọng trong những cải tiến giúp tạo ra các sản phẩm tốt hơn trong tương lai và sự phát triển bền vững? Đây là điều cần thu hút sự quan tâm hơn nữa.
Nhiều người biết rằng sự mất mát đa dạng sinh học có thể là chất xúc tác cho các vấn đề như khan hiếm nước, xói mòn đất và vùng ven biển, sự thay đổi dân số, bệnh tật và sự không bảo đảm về an toàn thực phẩm. Nhưng cần làm cho nhiều người hơn hiểu được rằng mất mát đa dạng sinh học cũng đồng nghĩa với việc mất nhiều cơ hội để có thể tìm ra những giải pháp sáng tạo cho hàng loạt vấn đề mà con người đang gặp phải.
Nhà bác học Einstein từng nói, “Hãy nhìn kỹ thiên nhiên và bạn sẽ hiểu mọi thứ.”
David Hills
Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Vật lý Bay của Airbus