Vì sao tơ nhện bền hơn thép?

– Mỗi sợi tơ có thể bị “hy sinh” để duy trì cấu trúc tổng thể…

Các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ Massachusetts, Mỹ đã dùng máy tính để mô phỏng những điều xảy ra khi một sợi tơ nhện mỏng manh chịu lực tác động và tìm ra phản ứng của cấu trúc tơ.

Mạng nhện chịu được rất nhiều dạng tác động, trụ vững cả sau những trận bão mạnh.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng do thiết kế của mạng nhện và đặc tính độc đáo của sợi tơ, khi có lực tác động, chỉ có một sợi tơ bị đứt, còn phần còn lại của mạng nhện vẫn không hề hấn gì.

“Điều này thật tuyệt vì trên thực tế, cấu trúc các tòa nhà thiết kế không hoạt động theo cách đó”, tiến sĩ Markus Buehler, người lãnh đạo nhóm nghiên cứu cho biết. “Nếu một tòa nhà, một chiếc xe hơi hoặc máy bay chịu một lực cơ học lớn, toàn thể cấu trúc sẽ bị phá vỡ và trở nên rối loạn”, ông nhận xét.

Tơ nhện bền vững gấp 5 lần lượng thép cùng đường kính
Tơ nhện bền vững gấp 5 lần lượng thép cùng đường kính

Các chuyên gia cơ học phân tử đã kiểm tra mạng của những loài nhện khác nhau bao gồm loài nhện vườn châu Âu (Araneus diadematus) và loài nhện chăng mạng (Nephila clavipes). Bằng cách nghiên cứu tơ ở mức độ phân tử, họ nhận thấy có thể lý giải sức bền của mạng nhện.

 Tiến sĩ Buehler giải thích mỗi sợi tơ có thể bị “hy sinh” để duy trì cấu trúc tổng thể. “Lúc một sợi tơ bị kéo, cấu trúc phân tử của nó trải rộng ra khi lực tác động tăng, làm căng sợi tơ”.

Sự thay đổi này diễn ra trong 4 giai đoạn: giai đoạn đầu, toàn bộ sợi tơ bị kéo căng; tiếp đó là giai đoạn giãn khi các protein “mở ra”. Giai đoạn thứ ba, sợi tơ trải qua một pha cứng hấp thụ lực tác động lớn nhất. Giai đoạn cuối cùng trước khi sợi tơ đứt được Buehler ví  với việc dứt một miếng băng dính, cũng  cần một lực lớn để phá vỡ sợi tơ vì các protein đang được gắn với nhau bằng liên kết hydro “dính”.

“Độ bền của mạng nhện không chỉ do độ mạnh của sợi tơ mà còn do tính chất cơ học của nó thay đổi như thế nào khi bị kéo”, Tiến sĩ Buehler cho biết.

Tơ nhện bền vững gấp 5 lần lượng thép cùng đường kính. Mỗi sợi tơ mảnh hơn sợi tóc người và có khả năng giữ nguyên độ bền vững ở nhiệt độ dưới -40 độ C. Sợi tơ càng được chăng nhanh và chặt thì càng bền.

Nguyễn Ngọc Khanh (Theo BBC)