“Trại gió” tạo ra năng lượng từ vi khuẩn cực nhỏ dùng cho điện thoại

Nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Science Advances, đã sử dụng những mô phỏng máy tính và chứng minh rằng hiệu ứng đám đông hỗn loạn của vi khuẩn hoạt động với mật độ dày đặc có thể làm quay các rôto hình trụ và cung cấp một nguồn năng lượng ổn định.

Các nhà nghiên cứu cho biết, một ngày nào đó những nhà máy điện sinh học này có thể là những động cơ siêu nhỏ dùng trong các thiết bị mini nhân tạo, chúng tự lắp ráp và tự cung cấp năng lượng - tất cả mọi thứ từ các công tắc quang học đến các micro ở smartphone.

Đồng tác giả của nghiên cứu, Tiến sĩ Tyler Shendruk, từ Khoa Vật lý của Đại học Oxford, cho biết: "Nhiều thách thức năng lượng trong xã hội ở quy mô gigawatt, tuy nhiên một số hết sức nhỏ. Giải pháp tiềm năng để tạo ra một lượng nhỏ năng lượng cho các máy mini có thể trực tiếp thu được từ các hệ thống sinh học như huyền phù vi khuẩn".

Huyền phù vi khuẩn có mật độ dày đặc là một ví dụ hoàn hảo về dung dịch tích cực chảy một cách tự nhiên. Trong đó, các vi khuẩn đang bơi có khả năng nhóm lại và điều khiển dòng hỗn loạn, và nguồn năng lượng hữu ích đã được lấy từ đó.

Tuy nhiên, khi nhóm nghiên cứu ở Oxford đặt một lưới gồm 64 rôto mini đối xứng vào dung dịch tích cực này, các nhà khoa học phát hiện ra rằng, vi khuẩn tự tổ chức một cách tự phát theo cách như vậy, làm cho các rôto lân cận bắt đầu quay theo chiều ngược nhau - một cơ cấu tổ chức đơn giản gợi nhớ đến các “trại gió”.

Tiến sĩ Shendruk cho biết thêm: "Điều tuyệt vời là chúng ta không phải thiết kế trước các tua bin có hình bánh răng. Các rôto tự lắp ráp thành một “trại gió” vi khuẩn”. "Khi chúng tôi xây dựng mô phỏng với một rôto duy nhất trong một hỗn loạn vi khuẩn, nó đã bị đá xung quanh một cách ngẫu nhiên. Tuy nhiên, khi chúng tôi đặt một loạt các rôto vào dung dịch sống, thì đột nhiên mô hình được hình thành đều đặn với các rôto bên cạnh nhau quay theo chiều ngược nhau”.

Đồng tác giả Tiến sĩ Amin Doostmohammadi, từ Khoa Vật lý của Đại học Oxford, cho biết: "Khả năng đạt được một lượng nhỏ công cơ học từ hệ thống sinh học là rất giá trị bởi vì chúng không cần năng lượng đầu vào và sử dụng các quá trình sinh hóa bên trong để di chuyển xung quanh”.

Ở quy mô nhỏ, những mô phỏng này chỉ ra rằng, dòng dung dịch được tạo ra bởi tổ hợp sinh học có khả năng tự tổ chức theo cách tạo ra năng lượng cơ học bền, làm quay hàng hoạt các rôto mini.

Tác giả chính của nghiên cứu, Giáo sư Julia Yeomans, từ Khoa Vật lý của Đại học Oxford, cho biết thêm: “Thiên nhiên thật là tuyệt vời trong việc tạo ra những động cơ nhỏ xíu. Chúng sẽ mang lại tiềm năng lớn nếu chúng ta hiểu được chúng để khai thác những thiết kế tương tự”

N.M.P-NASATI (Theo Phys)