Trong lĩnh vực khoa học vật liệu, việc tìm kiếm các cấu trúc có khả năng lưu trữ và giải phóng năng lượng cơ học một cách hiệu quả luôn là một mục tiêu quan trọng. Gần đây, một nhóm nghiên cứu quốc tế đã đạt được bước đột phá đáng kể bằng cách phát triển một loại vật liệu meta cơ học mới có mật độ năng lượng đàn hồi cao. Khám phá này mở ra những hướng đi mới cho việc thiết kế các hệ thống cơ học tiên tiến với khả năng hấp thụ và giải phóng năng lượng vượt trội, hứa hẹn nhiều ứng dụng thực tiễn trong tương lai. Cốt lõi của phát minh này nằm ở việc sử dụng các thanh được xoắn ở mức độ cao làm đơn vị cấu trúc cơ bản. Không giống như các vật liệu thông thường, những thanh này được chế tạo với một độ xoắn ban đầu đáng kể. Khi được sắp xếp thành một cấu trúc mạng lưới, chúng tạo thành một loại vật liệu meta – vật liệu được thiết kế nhân tạo để có những đặc tính không tìm thấy trong tự nhiên. Chính cấu trúc xoắn độc đáo này mang lại cho vật liệu những đặc tính cơ học phi thường, đặc biệt là khả năng lưu trữ năng lượng đàn hồi. Khi chịu tác động của lực nén, các thanh xoắn cao này không bị uốn cong hay oằn theo cách thông thường. Thay vào đó, chúng trải qua một quá trình biến dạng đặc biệt gọi là biến dạng xoắn ốc (helical deformation). Điều này có nghĩa là dưới áp lực, các thanh có xu hướng xoắn thêm hoặc giãn xoắn theo một quỹ đạo hình xoắn ốc. Cơ chế biến dạng độc đáo này là chìa khóa mang lại cho vật liệu meta độ cứng cao, giúp nó chống lại sự biến dạng một cách hiệu quả. Quan trọng hơn, quá trình biến dạng xoắn ốc này cho phép vật liệu hấp thụ và lưu trữ một lượng lớn năng lượng đàn hồi. Khi lực nén tác dụng, năng lượng được tích trữ trong cấu trúc xoắn của các thanh. Mật độ năng lượng đàn hồi, tức là lượng năng lượng có thể lưu trữ trên một đơn vị thể tích, của loại vật liệu meta này được ghi nhận là rất cao. Điều này có nghĩa là một khối lượng nhỏ vật liệu có thể chứa một lượng năng lượng cơ học đáng kể, sẵn sàng được giải phóng khi cần thiết. Khả năng giải phóng năng lượng cũng hiệu quả không kém. Khi lực nén bên ngoài được loại bỏ, năng lượng đàn hồi tích trữ sẽ đẩy các thanh trở lại trạng thái ít xoắn hơn, giải phóng năng lượng đã lưu trữ một cách nhanh chóng và có kiểm soát. Chu trình hấp thụ và giải phóng năng lượng này có thể được lặp lại nhiều lần, làm cho vật liệu trở nên lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng phục hồi và tái sử dụng năng lượng cơ học. Để xác minh những phát hiện lý thuyết ban đầu, nhóm nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm nén đơn giản trên các mẫu vật liệu meta chế tạo từ các thanh xoắn cao. Kết quả thực nghiệm đã hoàn toàn khớp với các dự đoán lý thuyết, xác nhận rằng cấu trúc này thực sự sở hữu độ cứng cao và khả năng lưu trữ, giải phóng năng lượng đàn hồi lớn thông qua cơ chế biến dạng xoắn ốc. Sự xác nhận thực nghiệm này củng cố tính khả thi và tiềm năng của loại vật liệu mới. Với những đặc tính vượt trội như vậy, vật liệu meta từ thanh xoắn cao mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực đa dạng. Chúng có thể được sử dụng trong:Thiết bị hấp thụ sốc và giảm chấn tiên tiến, bảo vệ cấu trúc và con người khỏi các tác động mạnh.Chế tạo các bộ phận robot linh hoạt, có khả năng lưu trữ năng lượng cho các chuyển động nhanh hoặc mạnh mẽ.Phát triển các hệ thống thu hoạch năng lượng cơ học từ các rung động hoặc chuyển động trong môi trường.Tạo ra các cấu trúc có thể triển khai hoặc thay đổi hình dạng theo yêu cầu. Sự phát triển của vật liệu meta dựa trên các thanh xoắn cao đánh dấu một bước tiến quan trọng trong ngành khoa học vật liệu và kỹ thuật cơ khí. Bằng cách khai thác cơ chế biến dạng xoắn ốc độc đáo, các nhà khoa học đã tạo ra một loại vật liệu với khả năng lưu trữ năng lượng đàn hồi chưa từng có. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp một giải pháp mới cho bài toán lưu trữ năng lượng cơ học mà còn mở đường cho việc thiết kế và chế tạo các vật liệu thông minh với những chức năng phức tạp hơn trong tương lai, hứa hẹn tác động sâu rộng đến nhiều ngành công nghệ.
