Một con mèo bị thả rơi trong tư thế ngửa bụng. Chỉ trong khoảnh khắc rất ngắn, phần đầu của nó quay xuống trước, hai chân trước duỗi ra, thân mình vặn lại, rồi nửa thân sau xoay theo. Khi chạm đất, bốn chân đã ở đúng vị trí.
Cảnh tượng ấy quen đến mức nhiều người xem đó như một “phép màu” bản năng của loài mèo.
Nhưng với các nhà khoa học, khả năng tiếp đất bằng bốn chân từng là một bài toán hóc búa về chuyển động quay, mô-men động lượng và cách một cơ thể có thể tự xoay giữa không trung mà không có điểm tựa bên ngoài.
Suốt hơn một thế kỷ, cú rơi của mèo đã được đưa vào các mô hình vật lý. Các nhà nghiên cứu cố gắng giải thích vì sao một vật thể đang rơi, không nhận thêm lực xoắn từ bên ngoài, vẫn có thể đổi hướng cơ thể.
Tuy nhiên, cách nhìn thuần cơ học ấy có một giới hạn: mèo không phải hai khối trụ nối với nhau bằng bản lề, càng không phải một vật thể vô tri.
Lời giải mới đến từ giải phẫu học
Một nhóm nghiên cứu do nhà khoa học Yasuo Higurashi tại Đại học Yamaguchi, Nhật Bản, dẫn đầu đã phân tích độ linh hoạt của cột sống mèo.
Thay vì chỉ mô phỏng mèo bằng phương trình, nhóm nghiên cứu đi vào cấu trúc thật của cơ thể loài vật này, đặc biệt là sự khác biệt giữa phần cột sống ngực và phần cột sống thắt lưng.
Đây chính là chi tiết then chốt.
Trong nghiên cứu, các nhà khoa học sử dụng mẫu cột sống mèo được hiến tặng cho công tác khám nghiệm bệnh lý. Các mô mềm như dây chằng và đĩa đệm được giữ lại để mẫu vật gần với trạng thái tự nhiên nhất có thể. Sau đó, họ đo lực cản khi từng phần cột sống bị xoắn.
Kết quả cho thấy cột sống mèo không mềm dẻo đồng đều từ đầu đến đuôi như nhiều người vẫn hình dung. Vùng cột sống ngực, nằm ở phần lưng trên và lưng giữa, có khả năng xoắn rất linh hoạt.
Khu vực này tồn tại một “vùng trung hòa” rộng, tức khoảng chuyển động mà cột sống có thể vặn tương đối dễ dàng, gần như chưa gặp lực cản đáng kể.
Ngược lại, vùng cột sống thắt lưng ở phần lưng dưới lại cứng hơn nhiều. Phần này gần như không có vùng trung hòa rõ rệt và nhanh chóng tạo ra lực kháng khi bị xoắn.
Nói đơn giản, phần trước cơ thể mèo được “thiết kế” để xoay nhanh và linh hoạt, trong khi phần sau đóng vai trò ổn định, giữ cho chuyển động không rơi vào hỗn loạn.
Sự khác biệt ấy giúp giải thích những gì máy quay tốc độ cao từng ghi lại. Khi mèo rơi, nửa thân trước thường xoay về đúng hướng trước. Đầu, vai và hai chân trước nhanh chóng định vị lại. Sau đó, nửa thân sau mới xoay theo, giống như phần đuôi của một hệ thống đang được kéo vào quỹ đạo ổn định.
Nếu cả cơ thể mềm lỏng như nhau, cú xoay có thể mất kiểm soát. Nếu toàn bộ cột sống quá cứng, mèo khó có đủ độ linh hoạt để tự lật người trong thời gian ngắn. Bí quyết nằm ở sự phối hợp giữa hai đặc tính tưởng như trái ngược: mềm để xoay, cứng để giữ ổn định.
Phát hiện này không phủ nhận các định luật vật lý. Trái lại, nó cho thấy cơ thể sống đã tận dụng vật lý bằng một cấu trúc sinh học tinh vi.
Từ cuối thế kỷ 19, nhà sinh lý học người Pháp Étienne-Jules Marey đã dùng ảnh chụp liên tiếp để chứng minh mèo có thể tự lật mình khi rơi, ngay cả khi ban đầu bị thả ở tư thế ngửa bụng. Điều gây tò mò là trong không trung, mèo không có mặt đất, không có tường, cũng không có điểm tựa để “đạp” vào.
Câu trả lời vật lý nằm ở cách chúng thay đổi hình dạng cơ thể. Mèo có thể co chân trước, duỗi chân sau, uốn cong thân mình, rồi đảo trạng thái để tạo ra các chuyển động xoay khác nhau giữa hai nửa cơ thể. Nhờ vậy, tổng mô-men động lượng vẫn được bảo toàn, nhưng từng phần cơ thể vẫn có thể đổi hướng tương đối với nhau.
Các mô hình trước đây từng mô tả mèo như một hệ gồm hai phần thân xoay ngược chiều, hoặc như một vận động viên trượt băng thay đổi tốc độ xoay bằng cách co, duỗi tay. Những mô hình đó không sai, nhưng còn đơn giản hóa quá mức.
Giá trị với lĩnh vực robot
Công trình mới cho thấy “bản lề” giữa hai nửa cơ thể mèo không hề đồng nhất. Cột sống của chúng có vùng xoay mềm và vùng giữ cứng, tạo nên chuỗi chuyển động có trật tự.
Ý nghĩa của phát hiện này vượt ra ngoài câu hỏi vì sao mèo hay tiếp đất bằng bốn chân. Với y học thú y, việc hiểu rõ vùng nào của cột sống mèo linh hoạt, vùng nào chịu lực ổn định có thể hỗ trợ chẩn đoán và điều trị các chấn thương liên quan đến vận động.
Với kỹ thuật robot, đây cũng là một gợi ý đáng chú ý. Các kỹ sư từ lâu đã tìm cách tạo ra những robot có khả năng giữ thăng bằng, tự xoay khi rơi hoặc phục hồi tư thế sau va chạm. Cơ thể mèo, với sự kết hợp giữa linh hoạt và ổn định, có thể trở thành một mẫu tham khảo sinh học cho các hệ thống máy móc trong tương lai.
Tuy nhiên, các nhà khoa học cũng lưu ý rằng khả năng tiếp đất của mèo không đồng nghĩa với việc chúng “không bao giờ bị thương” khi rơi. Phản xạ xoay người chỉ giúp mèo tăng cơ hội tiếp đất ở tư thế thuận lợi hơn. Độ cao, mặt tiếp xúc, tình trạng sức khỏe, tuổi tác và chấn thương sẵn có vẫn có thể quyết định hậu quả của cú ngã.
Điều khiến cú rơi của mèo trở nên đặc biệt không phải là nó chống lại vật lý, mà là cách một cơ thể sống được tiến hóa để vận dụng vật lý một cách khéo léo.
Công ty công nghệ sinh học Colossal Biosciences vừa cho biết, họ đã ấp nở thành công 26 con gà con trong môi trường nhân tạo. Công ty này đang đặt ra tham vọng hồi sinh các loài chim khổng lồ như chim moa của của New Zealand.
Trứng được coi như "một cấu trúc vĩ đại của tạo hóa" khi là khởi đầu sự sống của tất cả sinh vật sống trên Trái Đất.
Vỏ trứng tự nhiên được cấu tạo chủ yếu từ canxi cacbonat sắp xếp theo cấu trúc tinh thể, thường chỉ dày không quá 0,4 mm và được bao phủ bởi hơn 17.000 lỗ nhỏ li ti, cho phép trao đổi khí với môi trường xung quanh, thải carbon dioxide ra ngoài và đưa oxy vào trong.
Bên trong trứng còn có một cặp màng trơn, đảm nhiệm chức năng bảo vệ gà con đang phát triển khỏi sự xâm nhập của vi khuẩn.
“Bay hơi là một phần quan trọng trong quá trình phát triển của trứng gà”, ông Chris Lambert, quản lý phần cứng và kỹ thuật của Colossal cho biết, “Mỗi ngày, trong trứng có một lượng nước chính xác cần thoát ra khỏi vỏ, vì vậy lớp màng này chỉ dày 20 micron, trong khi một sợi tóc người dày khoảng 100 micron".
Quả trứng mà Colossal phát minh ra có các lớp màng bên trong được làm từ silicon cực kỳ mỏng. Bản thân lớp vỏ chỉ tương đương khoảng hai phần ba một quả trứng - một cấu trúc bằng titan trông giống như chiếc cốcvà có hàng trăm lỗ hình lục giác để trao đổi khí.
Sau khi vài chục “quả trứng” titan được chế tạo, nhóm nghiên cứu thu thập trứng gà đã thụ tinh từ một trang trại gia cầm do công ty sở hữu và vận hành, rồi chuyển chúng đến phòng thí nghiệm.
Tại đó, các nhà khoa học nhẹ nhàng mở phần đầu quả trứng, chuyển lòng đỏ, lòng trắng và phôi nhỏ sang chiếc cốc trứng bằng titan, rồi đậy cốc bằng một nắp trong suốt. Khi được chuyển sang hệ thống này, các phôi đã được khoảng ba ngày sau thụ tinh, nghĩa là chúng còn 18 ngày trong chu kỳ ấp kéo dài ba tuần.
Trứng được đặt vào một máy ấp kiểm soát môi trường, được quan sát, ghi chép lại các mốc định kỳ để các nhà khoa học theo dõi quá trình phát triển bên trong.
Khi thời gian ấp kết thúc, những con gà con bắt đầu “mổ vỏ”, dùng mỏ phá lớp màng giống như cách một con gà con bình thường phá vỏ trứng.
Cuối cùng, 26 con gà con được chuyển về chính trang trại ở Texas nơi những quả trứng ban đầu được thu thập để theo dõi quá trình sinh trưởng của mình.
Trong nhiều thập kỷ trước, các nhà nghiên cứu từng sử dụng những công nghệ thô sơ hơn để tạo ra vỏ trứng trong suốt, giúp gà con nở ra từ màng nhựa hoặc túi nhựa. Những công nghệ như vậy hữu ích trong việc nghiên cứu quá trình phát triển của gà và rút ra các hiểu biết có thể áp dụng cho những loài động vật khác.
Việc ấp nở thành công những quả trứng nhân tạo có tiềm năng bảo vệ nhiều loài chim trong bối cảnh số lượng chim trên toàn cầu đang giảm mạnh do môi trường sống bị thu hẹp và nạn săn bắt bất hợp pháp.
Trứng nhân tạo cung cấp một môi trường an toàn, được kiểm soát chặt chẽ để hỗ trợ các phôi dễ bị tổn thương.
Ông Ben Lamm, Giám đốc điều hành Colossal cho biết công nghệ trứng nhân tạo tiềm năng mở rộng quy mô để tái tạo nhiều loài quý hiếm đã tuyệt chủng, trong đó có chim moa - loài chim khổng lồ không biết bay từng sống ở New Zealand cho đến khi bị con người săn bắt đến tuyệt chủng khoảng 600 năm trước.
Trung Quốc đã đưa ba phi hành gia lên trạm vũ trụ vào Chủ nhật, trong đó một người sẽ ở lại nơi này suốt một năm. Đây là khoảng thời gian dài kỷ lục của Trung Quốc, nhằm phục vụ nghiên cứu về sinh lý con người trong môi trường không gian, hướng tới tham vọng đưa con người lên Mặt Trăng trước năm 2030.
Cơ quan Vũ trụ Có người lái Trung Quốc cho biết danh tính người ở lại sẽ được quyết định sau, tùy theo tiến độ nhiệm vụ.
Tàu Thần Châu 23 (Shenzhou-23) được phóng lúc 23h08 (giờ địa phương) bằng tên lửa đẩy Trường Chinh-2F Y23 tại Trung tâm Phóng vệ tinh Tửu Tuyền. Ba phi hành gia bao gồm, chuyên gia tải trọng Li Jiaying, chỉ huy Zhu Yangzhu và phi công Zhang Yuanzhi.
Trung Quốc và Mỹ cùng hướng tới Mặt Trăng
Trung Quốc đã nhiều lần đưa phi hành gia lên trạm vũ trụ, nhưng đợt phóng lần này diễn ra trong bối cảnh cuộc đua lên Mặt Trăng với Mỹ ngày càng tăng tốc.
NASA đặt mục tiêu đưa con người trở lại Mặt Trăng vào năm 2028, sớm hơn Trung Quốc hai năm. Mỹ cũng muốn xây dựng sự hiện diện lâu dài trên Mặt Trăng như bước đệm cho các chuyến thám hiểm sao Hỏa trong tương lai.
Tháng 4 vừa qua, bốn phi hành gia NASA đã thực hiện chuyến bay lịch sử quanh Mặt Trăng trong khuôn khổ sứ mệnh Artemis II, bay xa Trái Đất hơn bất kỳ con người nào trước đây trong chuyến bay có người lái tới Mặt Trăng đầu tiên sau nửa thế kỷ.
Trong tuần trước, SpaceX của Elon Musk cũng thực hiện chuyến bay thử nghiệm không người lái phần lớn thành công với tên lửa thế hệ mới Starship, được thiết kế nhằm hỗ trợ các đợt phóng vệ tinh Starlink thường xuyên hơn và phục vụ các sứ mệnh đưa NASA lên Mặt Trăng trong tương lai.
Với chưa đầy 4 năm để đạt mục tiêu năm 2030, Trung Quốc đang đối mặt thách thức lớn khi phải phát triển hoàn toàn mới các phần cứng và phần mềm dành riêng cho sứ mệnh Mặt Trăng, đồng thời chứng minh toàn bộ hệ thống đã sẵn sàng vận hành.
Điều này nhằm bảo đảm các phi hành gia, vốn quen với môi trường tương đối an toàn của trạm Thiên Cung ở quỹ đạo thấp có thể thực hiện an toàn hành trình rủi ro hơn xuống bề mặt Mặt Trăng.
Các sứ mệnh Thần Châu của Trung Quốc đã liên tục đưa ba phi hành gia lên trạm không gian với thời gian lưu trú 6 tháng kể từ năm 2021.
Cơ quan vũ trụ Trung Quốc cũng đang huấn luyện hai phi hành gia Pakistan, trong đó một người có thể tham gia một sứ mệnh ngắn hạn tới Thiên Cung trong năm nay.
Mục tiêu xây căn cứ thường trực trên Mặt Trăng vào năm 2035
Cho đến nay, Trung Quốc mới chỉ đưa robot lên Mặt Trăng, nhưng chuỗi sứ mệnh Thần Châu cho thấy năng lực không gian của nước này đang tiến bộ nhanh chóng.
Tháng 6/2024, Trung Quốc trở thành quốc gia đầu tiên thu hồi mẫu vật từ phía tối của Mặt Trăng bằng robot.
Nếu hạ cánh có người lái thành công trước năm 2030, Trung Quốc sẽ có thêm động lực để hiện thực hóa kế hoạch xây dựng căn cứ thường trực trên Mặt Trăng vào năm 2035 cùng với Nga.
Wu Weiren, nhà khoa học trưởng của chương trình Mặt Trăng Trung Quốc, cho biết mốc thời gian công bố công khai của Bắc Kinh thực tế vẫn được đặt theo hướng "thận trọng".
Trong năm qua, Trung Quốc đã tiến hành nhiều thử nghiệm an toàn với các công nghệ dành cho sứ mệnh năm 2030, bao gồm tên lửa siêu nặng Trường Chinh 10, tàu vũ trụ Mengzhou và tàu đổ bộ Mặt Trăng Lanyue.
Chuyến bay Thần Châu 23 sẽ thực hiện lần đầu tiên quy trình tiếp cận và ghép nối tự động tốc độ cao với mô đun lõi của trạm Thiên Cung, nhằm chuẩn bị cho sứ mệnh Mặt Trăng năm 2030.
Kế hoạch này phụ thuộc vào khả năng ghép nối tự động trên quỹ đạo Mặt Trăng giữa tàu Mengzhou và tàu đổ bộ Lanyue.
Các nhà khoa học cũng sẽ nghiên cứu tác động sinh lý của bức xạ vũ trụ, tình trạng mất mật độ xương và căng thẳng tâm lý trong môi trường không gian trong suốt thời gian kéo dài của sứ mệnh Thần Châu 23.
Theo truyền thông nhà nước Trung Quốc, Bắc Kinh hiện đang thực hiện thí nghiệm "phôi nhân tạo" đầu tiên của con người trong không gian, sau khi gửi các mẫu tế bào gốc người lên cho phi hành đoàn Thần Châu 22 trên trạm Thiên Cung trong tháng này.
Thí nghiệm nhằm nghiên cứu khả năng cư trú lâu dài, sinh tồn và sinh sản của con người trong môi trường không gian.
Các nhà khoa học vừa công bố kết quả nghiên cứu cho thấy bức xạ có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đáng kể đến chất lượng hình ảnh của máy ảnh kỹ thuật số, đặc biệt trong các môi trường phơi nhiễm cao như không gian vũ trụ.
Nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí học thuật “Sensors” đã chỉ ra rằng, ngoài ống kính, hầu hết các thành phần khác của máy ảnh kỹ thuật số công nghiệp đều không được thiết kế để chống lại bức xạ. Điều này dẫn đến việc chất lượng ảnh bị suy giảm rõ rệt khi thiết bị tiếp xúc với các liều lượng bức xạ khác nhau.
Mặc dù công nghệ máy ảnh kỹ thuật số, bao gồm cả trên điện thoại thông minh, đã đạt được những bước tiến vượt bậc, cho phép tạo ra những hình ảnh ấn tượng, nhưng điểm yếu trước bức xạ vẫn là một thách thức lớn.
Đối với những người chụp ảnh nghiệp dư chỉ để đăng lên mạng xã hội, tác động này có thể không quá đáng kể. Tuy nhiên, phát hiện này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng chuyên nghiệp, chẳng hạn như trong các nhiệm vụ không gian, nơi việc bảo vệ thiết bị chụp ảnh kỹ thuật số khỏi bức xạ là yếu tố then chốt.
Tia gamma làm sáng vùng tối, giảm chất lượng ảnh
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm bằng cách chiếu xạ máy ảnh kỹ thuật số với các liều lượng tia gamma khác nhau từ coban-60, cụ thể là 1,0, 10,0, 20,0, 50,0 và 100,0 gray mỗi giờ. Để dễ hình dung, chỉ cần tiếp xúc với 0,5 gray phóng xạ, một người bình thường đã có thể mắc bệnh nhiễm phóng xạ.
Kết quả cho thấy, các vùng tối trong ảnh chụp bởi máy ảnh trở nên sáng hơn khi tiếp xúc với phóng xạ, và hiệu ứng này càng rõ rệt hơn với liều lượng cao hơn. Đáng chú ý, việc tăng tốc độ liều lượng bức xạ đã gây ra sự suy giảm lớn hơn ở cả vùng sáng và vùng tối của ảnh.
Nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng máy ảnh phim không hoàn toàn miễn nhiễm với tác động của phóng xạ. Việc tiếp xúc với tia X tại sân bay có thể làm giảm chất lượng ảnh nếu phim đã đi qua máy quét.
Tương tự, phóng xạ trong các chuyến bay vào vũ trụ cũng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng ảnh chụp bằng máy ảnh phim. Điều này cho thấy, phim không nhất thiết là một lựa chọn thay thế vượt trội so với nhiếp ảnh kỹ thuật số trong môi trường có phóng xạ cao.
Cần bảo vệ thiết bị chụp ảnh khỏi bức xạ
Tóm lại, việc tiếp xúc với phóng xạ có thể gây ra những tác động tiêu cực rõ rệt đến chất lượng hình ảnh của cả máy ảnh kỹ thuật số và máy ảnh phim.
Với máy ảnh kỹ thuật số, bức xạ ion hóa làm hỏng cảm biến, gây nhiễu tín hiệu và tạo ra các điểm ảnh lỗi, khiến hình ảnh bị suy giảm độ sắc nét và màu sắc.
Trong khi đó, với máy ảnh phim, phóng xạ có thể làm biến đổi cấu trúc hóa học của lớp nhạy sáng, dẫn đến hiện tượng mờ, loang màu hoặc xuất hiện các vệt bất thường trên ảnh.
Điều này cho thấy, dù công nghệ chụp ảnh đã thay đổi qua nhiều thế hệ, cả hai loại máy ảnh đều dễ bị tổn thương trước tác động của phóng xạ.
Vì vậy, việc bảo quản thiết bị trong môi trường an toàn, tránh tiếp xúc với nguồn bức xạ mạnh là yếu tố quan trọng để duy trì chất lượng hình ảnh và tuổi thọ của máy ảnh.
