Các ống rỗng trong bê tông được lấy cảm hứng từ xương đùi của con người.
Những tính năng vượt trội của loại bê tông mới này không chỉ mang lại lợi ích cho việc xây dựng các tòa nhà an toàn hơn, mà còn có thể giúp giảm nhu cầu sản xuất bê tông để sửa chữa và tái xây dựng các công trình. Xi măng - thành phần chính để sản xuất bê tông - chiếm 3% lượng phát thải khí nhà kính trên toàn cầu và bất kỳ sự giảm thiểu nào trong con số này đều có tác động tích cực.
Loại bê tông mới này được trợ lý giáo sư ngành kỹ thuật dân dụng và môi trường Reza Moini cùng nghiên cứu sinh Shashank Gupta phát triển, lấy cảm hứng từ cấu trúc của lớp vỏ ngoài dày đặc của xương đùi con người. Cấu trúc này, được gọi là xương vỏ, bao gồm các thành phần hình ống elip gọi là osteon. Hình dạng và cách sắp xếp của chúng giúp làm chệch hướng các vết nứt và ngăn không cho chúng vỡ ra hoàn toàn khi có va chạm. Với thiết kế hình học thông minh, những ống rỗng trong loại bê tông này có khả năng “bẫy” các vết nứt và ngăn chúng lan rộng. Điều này khác biệt hoàn toàn so với các phương pháp gia cố bê tông truyền thống (thường thêm các vật liệu như sợi hoặc nhựa vào hỗn hợp).
Shashank Gupta giải thích, cơ chế này kiểm soát từng bước mở rộng của vết nứt, ngăn chặn sự cố sụp đổ đột ngột và thảm khốc. Thay vì gãy vụn ngay lập tức, vật liệu này chịu được sự hư hại dần dần, giúp vật liệu này bền hơn rất nhiều. Để sản xuất loại bê tông này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp in 3D để tạo ra khuôn hình ống từ hợp chất polyvinyl alcohol (PVA). Sau đó, họ đổ cao su vào khuôn để tạo ra âm bản, rồi hòa tan để tạo ra khuôn urethane silicon, từ đó dùng để đúc bê tông. Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra độ bền của bê tông bằng cách thực hiện các thí nghiệm uốn 3 điểm và kiểm tra vết nứt đơn. Họ sử dụng cưa kim cương dày 2 mm và dao cạo để cắt vết nứt vào bê tông, thực hiện nhiều lần để thu thập dữ liệu về độ bền gãy của vật liệu. Đây không phải lần đầu tiên các nhà nghiên cứu lấy cảm hứng từ tự nhiên để tạo ra vật liệu mới. Đầu năm 2024, họ đã phát triển một loại composite xi măng có khả năng chống nứt gấp 17 lần so với xi măng tiêu chuẩn, lấy cảm hứng từ lớp xà cừ trong vỏ hàu.
TXB (theo Princeton University)