Amphibio – một ý tưởng “mang nhân tạo” giúp ta sống dưới nước như người cá

Nếu một mai tình trạng nóng lên toàn cầu gây lũ lụt, nhấm chìm tại hầu hết các khu đô thị ven biển trên thế giới thì chúng ta sẽ đối phó bằng cách nào? Ngay từ giờ anh em có lẽ phải sắm chiếc áo Amphibio dưới đây – một chiếc áo cực nhẹ được làm bằng polyme, in 3D và nó có vai trò như một hệ thống mang cá nhân tạo kiêm bóng khí giúp chúng ta sinh tồn giữa biển nước. Đây là một thiết kế của nhà thiết kế mô phỏng sinh học kiêm nhà khoa học vật liệu Jun Kamei tại trường đại học nghệ thuật hoàng gia, London, VQ Anh kết hợp với phòng thiết kế RCA-IIS tại Tokyo.

Amphibio là một giải pháp cho tương lai giả định năm 2100 khi tình trạng nóng lên toàn cầu làm tan băng tại các cực khiến nước biển dâng cao, tác độ đến 30% dân số thế giới. Phản ứng trực quan đối với một thảm hoạ ngập lụt như vậy có thể là di dân lên vùng cao hơn trong đất liền nhưng Kamei tin rằng ý tưởng tốt hơn là làm thế nào con người có thể sống bán thuỷ sinh bằng một thứ như mang nhân tạo.

Mặc dù vẫn đang ở giai đoạn concept nhưng Amphibio là một chiếc mang nhân tạo mô phỏng sinh học lấy ý tưởng từ nhện lặn và các loài côn trùng có lớp da siêu kỵ nước, cho phép chúng thu và giữ bóng khí xung quanh cơ thể. Những chiếc bóng khí này đóng vai trò như mang cá, đó là lấy oxy phân tán trong nước xung quanh và giải phóng CO2.

Amphibio sử dụng nguyên lý tương tự vật liệu xốp kỵ nước, rất phù hợp để chế tạo bằng máy in 3D và hình dạng chúng ta thấy là chiếc áo giống vỏ sò được toạ thành từ một loạt các bóng khí. Dưỡng khí được nạp vào một mặt nạ che kín mũi và miệng. Kamei mô tả Amphibio như một điểm giao giữa lặn tự do và lặn biển khi nó cho phép người lặn ở lâu hơn dưới nước với trang thiết bị nhẹ hơn.

Hiện tại Kamei đã thực hiện các thí nghiệm với một bóng khí chứa CO2 và nhúng nó vào một bể nước để chứng minh khả năng hấp thụ oxy của vật liệu. Anh thừa nhận rằng thiết kế này vẫn cần thêm thời gian để cải tiến bởi bề mặt của nó quá nhỏ, phải cần ít nhất là 32 m2 để thu thập đủ oxy cho một người sử dụng.

Mặc dù Kamei hiểu rõ rằng về khía cạnh kỹ thuật thì Amphibio ít thực tế bởi công nghệ này vẫn còn rất lâu nữa mới có thể trở thành hiện thực. Tuy nhiên, ý tưởng về một hệ thống mang cá nhân tạo đã được bàn tán từ lâu kể từ khi thuyền trưởng Jacques Cousteau – người đi tiên phong về thám hiểm dưới nước vào năm 1962 từng nói rằng tương lai của thám hiểm đại dương sẽ là một dạng “người cá” – chúng ta sẽ thở dưới nước. Vấn đề ở đây vẫn là khoảng trống lớn giữa ý tưởng và thực tế.

Trong những thí nghiệm đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã sử dụng màng nhựa bán thấm nước để trích xuất oxy từ nước. Họ dường như thành công khi giúp những con chuột hamster đặt trong hộp bọc màng nhựa bán thấm nước này thở được khi nhận chìm nhưng để tạo ra một thứ như mang cái thì câu chuyện không đơn giản như vậy.

Trong danh sách những loài sinh vật biển thì không có loài động vật có vú sống ở biển nào có mang. Có nhiều lý do giải thích cho điều này nhưng lý do lớn nhất là các loài động vật có vú có nhu cầu trao đổi chất rất cao, cần rất nhiều oxy để hỗ trợ cho quá trình này. Nếu bạn lấy một lít không khí trên mặt đất thì nó chứa khoảng 200 ml oxy nhưng nếu bạn lấy 1 lít nước thì tỉ lệ oxy chỉ từ 5 đến 10 ml/lít. Nồng độ oxy thấp không thành vấn đề đối với các loài cá má.u lạn.h nhưng với con người, một hệ thống mang nhân tạo cần phải xử lý lượng nước chảy qua nhiều hơn 10 đến 20 lần so với không khí, ước lượng phải 100 lít mỗi phút với hiệu suất 100% để cung cấp đủ oxy cho người dùng sống dưới nước.

Điều này có nghĩa rất nhiều thứ cần đến cho hệ thống mang này, một trong số đó như Kamei nhắc đến là bề mặt tiếp xúc phải lớn, tương đương với 50 – 75 m2 và xử lý lượng nước chảy qua cực lớn. Tiếp theo là vấn đề về các loại khí trơ, mang nhân tạo như Amphibio có thể lọc lấy oxy từ nước nhưng nó không thể lọc ni-tơ, do đó ni-tơ trong phổi người lặn sẽ giải phóng ra khi thở khiến lớp không khí được giữ lại bởi bề mặt kỵ nước giảm đi và mất hoàn toàn khi ni-tơ được khuếch tán vào nước xung quanh.

Một vấn đề nữa là áp suất, mang nhân tạo sẽ hoạt động tốc ở mực nước nông nhưng nếu người lặn xuống sâu hơn vài feet thì áp lực nước sẽ ép hỏng hệ thống ống thở, bóng khí và mặt nạ dưỡng khí sẽ ngập trong nước. Thợ lặn biển với trang thiết bị chuyên dụng ngày nay không gặp phải vấn đề này bởi hệ thống dưỡng khí được thiết kế để cân bằng áp suất, cung cấp không khi ở nhiều mức áp suất tuỳ theo độ sâu.

Ý tưởng của Amphibio rất hay dù công nghệ hiện tại khiến nó khó có thể đi xa hơn. Dù vậy nó cho chúng ta thấy về một tương lai giống trong phim viễn tưởng, mặc một bộ đồ đặc biệt, không bình dưỡng khí nhưng vẫn có thể bơi, sống bình thường dưới biển.

Theo: News Atlas