Robot nhỏ với khả năng tái cấu hình giúp kiểm soát CO2 trong không gian kín

Hình ảnh minh hoạ tóm tắt nghiên cứu của các nhà khoa học và thiết kế robot của họ. Nguồn ảnh: Lu et al

Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống hiện nay tiêu tốn nhiều năng lượng vì dựa vào vật liệu phải được làm nóng ở nhiệt độ cao để giải phóng CO2 đã thu giữ. Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu tại Đại học Quảng Tây (Trung Quốc) đã phát triển robot vi mô/nano với khả năng tái cấu hình, thu giữ và giải phóng CO2 ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với các công nghệ hiện tại. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nano-Micro Letters cho thấy robot này có thể kéo dài đáng kể thời gian sống của chuột thí nghiệm trong môi trường kín.

Theo các tác giả Wei Lu, Rimei Chen và đồng nghiệp: "Việc kết hợp các hạt nano lai và công tắc phân tử nhạy nhiệt tạo ra một mô hình sáng tạo cho robot vi mô/micro, giúp quản lý CO2 hiệu quả hơn về năng lượng trong hệ thống hỗ trợ sự sống."

Thiết kế robot sáng tạo

Robot này là các cấu trúc kỹ thuật nhỏ có thể thay đổi hình dạng và sắp xếp phân tử để phản ứng với nhiệt. Chúng được tạo từ nhiều vật liệu khác nhau, tích hợp "bẫy" phân tử chuyên bắt CO2 và một công tắc phân tử nhạy nhiệt làm từ polymer Pluronic F127. Khi được làm ấm, polymer cuộn lại, giúp giải phóng CO2 đã hấp thụ vào không khí.

Các nhà nghiên cứu giải thích: "Bẫy phân tử ở trạng thái mở rộng có thể thu giữ 6,19 mmol CO2 mỗi gam, hình thành axit carbamic và bicarbonate amoni."

Công tắc phân tử cho phép robot tái sắp xếp cấu trúc nano để giải phóng CO2, quá trình được điều khiển bằng ánh sáng và nhiệt. Robot di chuyển và thay đổi cấu hình nhờ động cơ điều khiển bằng từ trường, cho phép thao tác từ xa mà không cần tiếp xúc trực tiếp.

Nhờ tái sắp xếp cấu trúc nano, môi trường vi mô xung quanh các nhóm amino thay đổi, tăng điện thế tĩnh điện và giảm năng lượng quỹ đạo phân tử, từ đó ức chế các phản ứng phụ tạo ra các hợp chất khó phân hủy. Kết quả là robot có thể giải phóng CO2 ở nhiệt độ thấp nhất từng được ghi nhận, chỉ khoảng 55 °C.

Ứng dụng trong không gian, dưới nước và môi trường khắc nghiệt

Trong thử nghiệm, robot được sử dụng để quản lý CO2 trong một thùng kín có chuột thí nghiệm. Kết quả cho thấy robot kéo dài thời gian sống của chuột lên tới 54,61%, giải quyết hiệu quả nguy cơ ngộ độc CO2.

Nhóm nghiên cứu nhận định: "Công trình này không chỉ nâng cao hệ thống hỗ trợ sự sống cho thám hiểm không gian sâu, mà còn mở ra hướng đi mới cho công nghệ quản lý carbon bền vững trong môi trường khắc nghiệt trên Trái Đất."

Trong tương lai, robot vi mô/nano có thể được cải tiến, thử nghiệm trong tàu vũ trụ, tàu ngầm hoặc các môi trường khắc nghiệt khác, giúp con người tồn tại mà không tiêu tốn nhiều năng lượng.

Nguồn bài viết: https://phys.org/news/2025-11-tiny-reconfigurable-robots-carbon-dioxide.html

Xử lý tin: Phương Hà