Giải mã bí ẩn hình học cánh hoa hồng, nguồn cảm hứng cho vật liệu thông minh

0:00 / 0:00
0:00
(Ngày Nay) - Một nhóm các nhà khoa học Israel vừa công bố một khám phá mang tính cách mạng khi giải mã thành công những nguyên tắc hình học ẩn sâu bên trong hình dạng tinh tế của cánh hoa hồng.
Giải mã bí ẩn hình học cánh hoa hồng, nguồn cảm hứng cho vật liệu thông minh ảnh 1
Giải mã thành công những nguyên tắc hình học ẩn sâu bên trong hình dạng tinh tế của cánh hoa hồng. Ảnh minh họa: THX/TTXVN

Phát hiện này giúp mở ra triển vọng đầy hứa hẹn cho việc phát triển các vật liệu thông minh tiên tiến, ứng dụng trong điện tử linh hoạt, robot mềm và thiết kế sinh học đầy cảm hứng.

Trong suốt hai thập kỷ qua, giới khoa học vẫn tin rằng hình dạng uốn lượn của các cấu trúc tự nhiên như cánh hoa và lá cây là kết quả của "sự không tương thích Gauss" - một sự sai lệch về mặt hình học gây ra các họa tiết gợn sóng, đường viền không rõ ràng và thiếu đi những đỉnh nhọn sắc nét. Tuy nhiên, hoa hồng, với vẻ đẹp độc đáo khác biệt, lại tuân theo quy tắc tương thích Gauss. Điều này đặt ra một câu hỏi hóc búa: vậy điều gì đã tạo nên những đỉnh nhọn đơn lẻ, tinh xảo xuất hiện ở mép cánh hoa hồng, một đặc điểm mà các cơ chế hình học hiện tại không thể lý giải?

Để vén bức màn bí ẩn này, các nhà nghiên cứu đã dày công xây dựng các mô hình máy tính phức tạp, mô phỏng quá trình sinh trưởng và nở rộ của hoa hồng. Tiếp theo, họ tạo ra các đĩa nhựa dẻo có khả năng uốn cong, đóng vai trò như những cánh hoa nhân tạo, và thử nghiệm các phương thức phát triển khác nhau trong giới hạn vật lý của hoa hồng thật.

Kết quả nghiên cứu, được công bố trên tạp chí khoa học danh tiếng Science, đã hé lộ một phương trình toán học tinh tế chi phối sự hình thành của cánh hoa hồng đang phát triển. Theo đó, quá trình tăng trưởng tạo ra một "xung đột hình học" nội tại, buộc cánh hoa phải uốn mình thành những hình dạng mà trạng thái thư giãn lý tưởng không thể đạt được một cách trơn tru trong không gian ba chiều mà không bị biến dạng. Chính sự "ức chế" hình học này đã kiến tạo nên vẻ đẹp quyến rũ của hoa hồng, tập trung vào những đường viền sắc sảo và thanh tao.

Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng hình dạng đặc trưng của cánh hoa chịu ảnh hưởng sâu sắc bởi một hiện tượng "ức chế" khác, được gọi là sự không tương thích Mainardi-Codazzi-Peterson. Trong đó, các điều kiện tương thích hình học vốn có trong bề mặt của một vật liệu cụ thể bị phá vỡ, dẫn đến các lực nội tại tạo ra sự cuộn tròn và các cạnh sắc nét.

Những khám phá đột phá này hứa hẹn sẽ mở ra những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực vật liệu. Tương tự như cách cánh hoa hồng thay đổi hình dạng trong quá trình sinh trưởng hoặc khi chịu tác động, các vật liệu mới này có thể được thiết kế để tự động biến đổi hình dạng theo những kích thích cụ thể.

Theo các nhà nghiên cứu, ngay cả những đặc điểm tinh tế nhất của một bông hoa cũng tuân theo những nguyên tắc hình học sâu sắc. Đây là một công cụ mạnh mẽ và đầy cảm hứng cho các kỹ sư và nhà khoa học trong việc mô phỏng các hệ thống tự nhiên trong các ứng dụng nhân tạo.

Nhóm nghiên cứu kết luận rằng khám phá này đã định hình lại sự hiểu biết của chúng ta về cách các hình thái phức tạp trong tự nhiên xuất hiện, đồng thời mở ra những khả năng vô tận cho việc thiết kế các vật liệu thông minh và có khả năng tự định hình trong tương lai.

Khi nguồn lực xã hội cùng tham gia gìn giữ di sản quốc gia
Khi nguồn lực xã hội cùng tham gia gìn giữ di sản quốc gia
(Ngày Nay) - Bảo vật quốc gia thường được hình dung là các hiện vật quý hiếm được lưu giữ trong những bảo tàng lớn, bảo quản nghiêm ngặt và ít khi xuất hiện trước công chúng. Tuy nhiên, câu chuyện vừa diễn ra tại TP Hồ Chí Minh cho thấy một xu hướng đang ngày càng rõ nét: Nhiều di sản đặc biệt của quốc gia không chỉ được bảo tồn trong các thiết chế công lập, mà được gìn giữ, phát huy từ chính nguồn lực xã hội.
Mỹ có thể kết thúc xung đột Trung Đông bằng "đòn quyết định" vào kho uranium bí ẩn của Iran?
Mỹ có thể kết thúc xung đột Trung Đông bằng "đòn quyết định" vào kho uranium bí ẩn của Iran?
(Ngày Nay) - Một câu hỏi lớn được đặt ra: liệu Washington có thể kết thúc cuộc chiến bằng cách kiểm soát lượng uranium làm giàu gần cấp độ vũ khí - loại có hàm lượng U-235 rất cao, chỉ còn một bước ngắn nữa là đạt mức có thể dùng để chế tạo bom hạt nhân - mà Iran đang nắm giữ.
Sáng 15/3, hơn 6 triệu cử tri của Thủ đô Hà Nội hoà cùng hơn 78,9 triệu cử tri trên cả nước tiến hành bỏ phiếu bầu cử đại biểu Quốc hội khóa XVI và đại biểu HĐND các cấp nhiệm kỳ 2026-2031.
Tinh thần, trách nhiệm cao của cử tri Thủ đô
(Ngày Nay) - Theo báo cáo nhanh của Ủy ban Bầu cử thành phố Hà Nội, tính đến 19 giờ cùng ngày, tỷ lệ cử tri đi bỏ phiếu trên toàn thành phố đạt 99,46%, thể hiện tinh thần trách nhiệm và ý thức chính trị cao.
Nga phát triển AI phát hiện bão và lốc xoáy chỉ trong nửa giờ
Nga phát triển AI phát hiện bão và lốc xoáy chỉ trong nửa giờ
(Ngày Nay) - Các nhà khoa học Nga đã huấn luyện trí tuệ nhân tạo (AI) để phát hiện các cơn bão và lốc xoáy chỉ trong vòng 15-30 phút sau khi hình thành, mở ra khả năng cảnh báo sớm và dự báo chính xác hơn. Với bước phát triển này, việc xử lý dữ liệu thủ công để phát hiện những hiện tượng này trước đây có thể mất hàng tháng, trong khi AI có thể hoàn thành trong vài phút.