Từ robot bác sĩ phẫu thuật tới violin làm bằng tơ nhện, tương lai của khoa học đang ở trong tay chúng ta. Mỗi năm, Viện khoa học Anh Royal Society lại đưa ra những tổng kết về các phát minh công nghệ và những giải pháp khoa học độc đáo.

Dưới đây là 5 phát minh kỳ lạ nhất trong năm 2016, đã sẵn sàng rời phòng thí nghiệm để đi vào thử nghiệm trong đời sống thực tế.

Máy quét rác vũ trụ

Hầu hết các vật được phóng vào không gian đang quay cùng quỹ đạo Trái đất, kể cả rác vũ trụ. Những vỏ tên lửa rỗng, các vệ tinh đồ sộ đã ngừng hoạt động, những mảnh thủy tinh... đã tạo nên hơn 7.000 tấn rác hiện đang trôi nổi trong không gian vũ trụ. Điều này đe dọa tới sự an toàn của các vệ tinh đang hoạt động, nhất là đối với các vệ tinh đang hỗ trợ cho thông tin liên lạc internet và điện thoại di động.

Thực tế cho thấy, các mảnh vỡ dù rất nhỏ nhưng có thể đạt tới vận tốc hàng ngàn km/giờ trong quỹ đạo. Do đó, chúng có thể gây ra những thiệt hại thảm khốc. Chính vì thế, Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) thường xuyên phải thay đổi vị trí của mình để tránh va chạm với các mảnh vỡ trôi nổi trong vũ trụ.

Nhưng giờ đây, máy quét rác vũ trụ sẽ giải quyết vấn đề này. Dự án được khởi động vào đầu năm 2017 và sẽ là dự án đầu tiên kéo các loại rác vũ trụ trở về với Trái đất. "Đây không phải là dự án khoa học viễn tưởng mà là một vấn đề thực tế. Lực hấp dẫn của Trái đất sẽ hút chúng vào khí quyển. Theo các nhà khoa học, một số mảnh vỡ hiện ở cách Trái đất khoảng 1.000km và để thu gom tất cả những mảnh vỡ ấy cần khoảng 1.000 năm.

Tuy nhiên, với máy quét rác vũ trụ, chúng ta không phải bỏ ra từng ấy thời gian mà chỉ cần khoảng 10-20 năm, "trước khi vấn đề trở nên nghiêm trọng", TS. Jason Forshaw (Trung tâm Thu gom rác Vũ trụ) cho biết.

Công nghệ thu gom rác thải vũ trụ sẽ dựa trên nguyên tắc cực kỳ đơn giản. Máy quét rác tương tự như một lưới đánh cá được phóng vào không gian để lấy rác. Một khi bị mắc vào lưới, các chất thải sẽ được một tàu vũ trụ kéo trở về Trái đất. Nhiệt được sinh ra do ma sát với không khí khi rơi sẽ đốt cháy số rác này. Những phần nào không bị đốt cháy hoàn toàn thì sẽ được điều chỉnh để rơi xuống Thái Bình Dương một cách có kiểm soát.

2. Cuộc chiến diệt muỗi gây sốt rét

Cuộc chiến diệt muỗi gây sốt rét đã là mối quan tâm của các nhà khoa học trong nhiều thập kỷ. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), 3,2 tỷ người, tương đương gần một nửa dân số thế giới có nguy cơ mắc bệnh sốt rét. Loài côn trùng truyền bệnh lây nhiễm này gây ra 438.000 ca tử vong mỗi năm trên thế giới. Và, giờ đây đã xuất hiện một mối đe dọa mới là muỗi kháng thuốc diệt côn trùng do việc sử dụng hóa chất tăng và quá trình chọn lọc tự nhiên khiến chúng thích nghi hơn để tồn tại. Đã có những báo cáo về muỗi kháng thuốc ở 60 quốc gia, nhất là ở Tây và Đông Phi lên đến mức báo động.

Vì vậy, để hiểu được hành vi của muỗi là rất quan trọng nếu chúng ta muốn thắng trong cuộc chiến này. "Chúng tôi sử dụng máy hồng ngoại để theo dõi đường bay của muỗi xung quanh màn. Đây là lần đầu tiên chúng tôi đã ghi lại chuyển động của muỗi với quy mô lớn như vậy," Josie Parker, nhà nghiên cứu thuộc Trường Y Nhiệt đới Liverpool cho biết. 

Dự án của chúng tôi xem xét thời gian bao lâu loài côn trùng này tiếp xúc với màn đủ để thuốc được tẩm trong màn có thể diệt chúng. "Muỗi tiếp xúc nhẹ là không đủ mà cần phải chạm hoặc đậu vào màn để thuốc phát huy tác dụng diệt muỗi", ông Parker nói.

3. Bí mật của máy chiếu X quang 4D

Đó là một loại máy chiếu X quang 4 D phức tạp cho phép các nhà khoa học nhìn  thấy phần cốt lõi của các vật liệu.

Máy này có thể được sử dụng để tìm hiểu về các vụ phun trào núi lửa quy mô lớn hoặc các tinh thể nước đá nhằm làm cho hương vị kem tinh tế hơn.

"Chúng tôi sử dụng kỹ thuật chụp cắt lớp với tia X quang dựa trên một ánh sáng rất mạnh, cho phép nhìn thấy cấu trúc ba chiều bên trong của bất kỳ đối tượng nào. Phạm vi ứng dụng là rất lớn", Tiến sĩ Kamel Madi, chuyên gia về tia X quang thuộc Đại học Manchester ở Anh chia sẻ với Hãng tin BBC.

Chùm tia X quang 4D có ánh sáng mạnh hơn mặt trời khoảng 10 tỷ lần nên có thể thâm nhập dễ dàng vào cấu trúc bên trong của các đối tượng. Hơn nữa, chiếc máy ảnh kèm theo sẽ ghi lại những hình ảnh với độ phân giải cao.

Với "chiều thứ tư" là thời gian, các nhà khoa học có thể tái tạo các điều kiện về nhiệt độ, áp suất lên bề mặt các vật liệu trong phạm vi rộng để quan sát sự thay đổi trên thực tế. “Chúng ta có thể hiểu hình thái của vật liệu thay đổi như thế nào khi sản xuất. Vì vậy, máy này có những bí quyết để cải thiện việc sản xuất như động cơ phản lực hoặc pin lithium", ông Madi giải thích thêm.

Kỹ thuật này cũng rất hữu ích trong y học để cấy ghép các mô trong cơ thể con người, cũng như để cải thiện bệnh viêm khớp.

4. Tơ mạng nhện

Những con nhện chăm chỉ nhả tơ dệt mạng nhện, trong đó có chứa chìa khóa về các vật liệu sinh học bền vững.

"Mạng nhện đã tồn tại cách đây 300 triệu năm và những con nhện tuy sử dụng lượng tối thiểu vật liệu nhưng lại đạt lượng tối đa lợi ích", nhà sinh vật học Beth Mortimer thuộc Đại học Oxford cho biết.

Nhện sử dụng protein của mình để làm ra mạng lưới bắt những con mồi. Những nghiên cứu gần đây làm rõ cấu trúc phân tử của mạng nhện và ứng dụng tiềm năng cho con người để chế ra các vật liệu tương hợp sinh học bền vững.

Cấu trúc của mạng nhện là loại tơ có tính đàn hồi và độ bền cao. "Thách thức hiện nay là làm thế nào để có hiệu quả kinh tế cao. Việc sản xuất tơ mạng nhện hiệu quả hơn một ngàn lần so với việc sản xuất các loại nhựa tổng hợp", ông Mortimer giải thích thêm.

Với giọt keo nhỏ, mạng nhện kết dính với nhau làm cho các nhà khoa học nghĩ tới loại công nghệ lấy cảm hứng từ vật liệu sinh học: một chất keo có tính đàn hồi nhiều lần so với kích thước ban đầu của nó. Ngoài ra, mạng nhện còn có tính dễ tương thích sinh học nên người ta đã tiến hành thử nghiệm lâm sàng với việc cấy mô xương sụn đầu gối bằng mạng nhện.

Ngay cả về âm nhạc, người ta thử nghiệm tơ mạng nhện để chế tạo ra dây violin giống như mạng nhện rung lên để gửi thông điệp tới chủ nhân báo rằng giờ ăn đã đến khi một con mồi rơi vào lưới và chiến đấu để trốn thoát.

5. Cuộc cách mạng về công nghệ xương

Các nhà khoa học đã tìm ra công thức phát triển xương nhân tạo mà không cần đến hóa chất hoặc thuốc. Đó là kỹ thuật lấy tế bào gốc từ tủy sống, phát triển thành nhiều loại tế bào  và đặt trong trạng thái rung động ở tần số cao để khuyến khích tạo ra tế bào xương. 

Như vậy, mảnh xương mới được tạo ra bởi tế bào của chính bệnh nhân, không có hóa chất hay protein tăng trưởng với tác dụng phụ không mong muốn. Với phương pháp này, bệnh nhân không bị đau đớn trong phẫu thuật để loại bỏ các bộ phận cơ thể và cũng không bị nguy cơ từ chối bởi các mô mới.

Các xương mới có thể cấy ghép với xương hiện có hay làm lành xương bị tổn thương. Xương mới có thể cấy trực tiếp cho bệnh nhân bị gãy xương mà không cần phẫu thuật và trong tương lai, sẽ giúp ngăn ngừa tăng trưởng nhanh ung thư xương.

Tác động của việc tạo ra tế bào xương mới là rất lớn, vì ngoài máu, xương là mô lớn thứ hai trong cơ thể. Trong khi đó, nhu cầu ngày càng tăng đối với người cao tuổi vì nhiều bệnh nhân bị loãng xương hay gãy xương.

Nhóm nghiên cứu đề tài này hy vọng trong ba năm nữa sẽ cấy xương cho người trong phòng thí nghiệm và điều trị lâm sàng sẽ sẵn sàng trong gần một thập kỷ tới.