Lợi ích không ngờ của các loài động thực vật: Chiếu sáng, phát hiện chất nổ, dự đoán thiên tai và nhiều ứng dụng tuyệt vời khác

Trong nhiều thập kỷ qua, con người đã không ngừng cố gắng mô hình hóa những phát minh công nghệ hiện đại, mới mẻ dựa trên các quan sát về thế giới tự nhiên. Thế nhưng cũng chính những khám phá mới về thiên nhiên, và các công cụ để “chế ngự” nó, đã mở ra không ít cách thức tiếp cận mới lạ, có tiềm năng mạnh mẽ hơn trong lĩnh vực công nghệ, thay vì chỉ bắt chước, nhằm giải quyết các vấn đề mang tính thời đại mà con người đang phải đối mặt hiện nay.

Động thực vật còn sở hữu nhiều công dụng bất ngờ mà chúng ta chưa khám phá ra

Hãy cùng đến với những lợi ích bất ngờ mà các loài động, thực vật có thể đem lại cho con người, tất nhiên không chỉ để làm thực phẩm hay hỗ trợ lao động như truyền thống, mà theo cách hoàn toàn mới lạ.

• 5 lý do khiến cá voi sát thủ là những thiên tài “máu lạnh” của đại dương

Rau bina có thể giúp phát hiện chất nổ

Rau bina, hay còn được biết đến với tên gọi quen thuộc hơn là rau chân vịt hay cải bó xôi, rau pố xôi, bố xôi, bắp xôi, là một loại thực vật vô cùng bổ dưỡng, cung cấp nhiều dưỡng chất có lợi cho con người. Tuy nhiên ít ai biết rằng loại rau thú vị này còn được sử dụng để phát hiện chất gây cháy nổ.

• Những con cá đắt nhất thế giới, kỷ lục cao nhất là hơn 71 tỷ một con cá ngừ

Không chỉ cho giá trị dinh dưỡng cao, rau bina còn là một loại "cảm biến" môi trường hoàn toàn tự nhiên

Thật vậy, các kỹ sư công nghệ mới đây đã phát hiện ra cách thức biến cây rau bina thành một loại cảm biến môi trường hoàn toàn tự nhiên, có thể cảnh báo chúng ta về sự hiện diện của chất nổ, và đặc biệt không gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường sống. Đây chính là phát minh mới nhất đến từ một lĩnh vực cũng hết sức mới mẻ của ngành nghiên cứu có tên “cyborg botany”. Về cơ bản, cyborg botany là ngành nghiên cứu liên quan đến sự hợp nhất giữa tự nhiên và công nghệ, dựa trên các khả năng cảm giác đáng chú ý của thực vật để điều khiển hệ thống máy móc, robot, cung cấp dữ liệu liên quan đến môi trường và hơn thế nữa.

Cụ thể vào năm 2016, kỹ sư sinh hóa học Min Hao Wong và nhóm nghiên cứu của ông tại viện công nghệ Massachusetts (MIT) đã thành công trong việc tìm ra cách gắn các ống nano carbon siêu nhỏ vào lá rau bina thông qua khí khổng. Bất kỳ dấu vết, thành phần hóa học nào của vật liệu nổ dù là với lượng tối thiểu, trôi nổi trong không khí hoặc đường nước ngầm đều sẽ khiến các ống nano trong lá rau bina phát ra tín hiệu huỳnh quang.

Để nhận được tín hiệu phát ra từ cây rau bina, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một camera hồng ngoại nhỏ để quan sát lá rau, đồng thời kết nối chiếc camera với Raspberry Pi - một hệ thống máy nhỏ gọn, giá rẻ - tương tự như những gì mà chúng ta tìm thấy trong điện thoại thông minh. Khi camera phát hiện tín hiệu từ lá rau, nó sẽ kích hoạt cảnh báo email.

• Những ông bố tuyệt vời nhất trong thế giới tự nhiên mà có thể bạn không biết

Các ống nano carbon siêu nhỏ được gắn vào lá rau bina thông qua khí khổng.

Sau khi nghiên cứu các công nghệ nano gắn trên rau bina, nhóm của Wong đã tiếp tục phát triển một số ứng dụng khác của công nghệ này và thu được nhiều thành công đáng khen ngợi, đặc biệt là trong lĩnh vực nông nghiệp. Thực vật nói chung thường rất nhạy cảm với bất kỳ thay đổi nào từ môi trường dù là nhỏ nhất, vì vậy chúng có thể hỗ trợ cảnh báo sớm sự xuất hiện của những điều kiện thời tiết cực đoan như hạn hán hoặc sâu bệnh... trước khi một người nông dân giàu kinh nghiệm nhất hành tinh có thể làm được điều tương tự.

Min Hao Wong và nhóm nghiên cứu của mình hiện đang lên kế hoạch thương mại hóa công nghệ nêu trên. Vị kỹ sư này hiện đang là phó giám đốc phụ trách khoa học của Công nghệ đột phá & bền vững cho phát triển nông nghiệp (DiSTAP), một trung tâm nghiên cứu công nghệ nông nghiệp có tiếng tại Singapore.

Thực vật không hề vô tri vô giác như nhiều người vẫn nghĩ mà trái lại, chúng có rất nhiều điều muốn nói với chúng ta. Tuy nhiên, vấn đề nằm ở chỗ thực vật giao tiếp bằng ngôn ngữ của thiên nhiên, việc của chúng ta là học cách hiểu được những thông điệp quý giá từ chúng.

• Đá muối biển 2 tỷ năm tuổi cho thấy sự gia tăng oxy trong bầu khí quyển cổ

Không cần bóng đèn điện, hãy thắp sáng thành phố bằng công nghệ phát quang sinh học

Nhiều người trong số chúng ta có lẽ chẳng còn xa lạ gì với những loài động, thực vật có thể tự phát sáng trong tự nhiên như một vài loài mực, sứa biển, hay quen thuộc nhất là những chú đom đóm ngoài đồng ruộng. Những loài sinh vật này có thể tự tạo ra thứ ánh sáng hấp dẫn của riêng chúng, đây là hiện tượng được gọi chung là phát quang sinh học (bioluminescence).

Ánh sáng phát ra từ vi khuẩn E.coli đã được cấy gen của loài mực ống Hawaii

Có một nhà thiết kế người Pháp từ lâu đã dành sự quan tâm đặc biệt đến hiện tượng phát quang sinh học, đó là Sandra Rey. Sự tò mò về thứ ánh sáng kỳ bí của tự nhiên này đã truyền cảm hứng cho cô tìm ra cách “mượn” nó từ cơ thể của các loài động vật và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Sandra Rey tin rằng sự phát quang sinh học chính là một nguồn tài nguyên thiên nhiên có thể giúp con người chế tạo những công cụ phát ra ánh sáng dịu nhẹ mà không cần điện, góp phần tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường sống.

Sandra Rey hiện đang là nhà sáng lập kiêm CEO của Glowee, một công ty hoạt động trong lĩnh vực tương đối hiếm gặp, đó là hợp nhất giữa công nghệ mô phỏng sinh học (biomimicry) với sinh học tổng hợp để sản xuất đèn phát quang sinh học. Nữ CEO này tin rằng một ngày nào đó trong tương lai gần, công ty của cô có thể thể tạo ra những sản phẩm đủ điều kiện để thay thế cho các hệ thống đèn điện thông thường, được sử dụng đại trà để thắp sáng đường phố, khu vực công cộng, qua đó giúp cắt giảm lượng khí thải CO2 tạo ra trong quá trình sản xuất điện, góp phần giữ ổn định nền an ninh năng lượng toàn cầu trong thời đại biến đổi khí hậu đang có diễn biến khó lường như hiện nay.

• Các nhà nghiên cứu lần đầu tiên thu được "tiếng sấm" của núi lửa

Lượng ánh sáng sinh học đủ mạnh có thể được sử dụng để trang trí đường phố

Để tạo ra lượng ánh sáng sinh học đủ mạnh trong sử dụng hàng ngày, các kỹ thuật viên của Glowee đã nghĩ ra cách “chèn” chuỗi gen phát quang sinh học của loài mực ống Hawaii vào vi khuẩn E.coli, sau đó nuôi cấy những vi khuẩn đó trong môi trường chuyên biệt với điều kiện phù hợp. Hơn thế nữa, bằng cách lập trình DNA, các kỹ sư có thể dễ dàng kiểm soát màu sắc của ánh sáng, cũng như khi nó tắt và bật, v.v.

Tất nhiên, vi khuẩn cũng cần phải được chăm sóc và cho ăn để tiếp tục duy trì khả năng phát sáng, vì thế công ty của Sandra Rey hiện đang nghiên cứu thêm những phương thức tối ưu hơn nhằm giữ cho vi khuẩn có khả năng phát sáng lâu nhất có thể. Ở thời điểm hiện tại, Glowee hiện đang nắm trong tay một hệ thống phát sáng từ vi khuẩn E.coli (đã được cấy gen của mực ống Hawaii) có thể tồn tại trong 6 ngày, và một hệ thống khác hoạt động tương tự như một bể cá phát sáng: “Ngay khi bạn cung cấp thức ăn, vi khuẩn sẽ lập tức tạo ra ánh sáng”.

Bên cạnh sự đa dạng trong màu sắc, điều thú vị khác mà hệ thống phát sáng sinh học của Glowee có được là khả năng biến đổi hình dạng không giới hạn, từ đèn đường tiêu chuẩn đến miếng dán phát quang cửa sổ. Có thể thấy tiềm năng ứng dụng trong thực tế của công nghệ này là rất rộng lớn.

• Cá robot giúp chúng ta trải nghiệm cận cảnh thế giới đại dương

Sản phẩm phát sáng sinh học cho khả năng sử dụng linh hoạt ở nhiều tình huống

Tuy chưa thể tạo ra những hệ thống phát sáng sinh học có thể tồn tại lâu dài, thế nhưng tuổi thọ phát sáng giới hạn trong khoảng thời gian ít ngày như hiện nay vẫn có thể ứng dụng được trong các sự kiện hoặc lễ hội, vừa tiết kiệm trong khi vẫn đảm bảo tính thẩm mỹ. Bên cạnh đó, công nghệ này cũng đặc biệt phù hợp trong những khu vực bị ô nhiễm ánh sáng nặng. Các cửa hàng tại một số thành phố của Pháp buộc phải tắt bớt hoặc tắt hoàn toàn hệ thống đèn quảng cáo ban đêm do lo ngại về vấn đề ô nhiễm ánh sáng và sử dụng năng lượng thiếu hiệu quả. Công nghệ phát quang sinh học của Glowee đặc biệt phù hợp để sử dụng thay thế đèn điện thông thường trong trường hợp này.

Cuối cùng, Sandra Rey và các cộng sự đang ấp ủ kế hoạch lớn hơn đối với công nghệ đèn phát quang sinh học của mình. “Đối với chúng tôi, tham vọng lớn nhất không gì khác ngoài tạo ra mạng lưới phát sáng sống động, nhiều màu sắc trên đường phố trong thời gian sớm nhất có thể”, nữ CEO cho biết.

Chắc chắn những cải tiến về hiệu quả năng lượng có thể giúp hoạt động thắp sáng không còn là vấn đề quá lớn với nhân loại. Tuy nhiên để thắp sáng những khu vực mà điện lưới vẫn chưa thể vươn tới lại là câu chuyện khác. Hãy quên dần dần việc thắp sáng những khu vực này bằng điện từ máy phát hay lửa đi, chúng ta cần những bước tiến lớn hơn, và nguồn ánh sáng thân thiện với môi trường như của Sandra Rey chính là chìa khóa của vấn đề.

• Các nhà khoa học phát triển lá chắn mặt trời để ngăn ngừa tình trạng tẩy trắng san hô

Mạng lưới giám sát đồng ruộng tạo thành từ những chú ong

Những chú ong nghệ chăm chỉ thường mang trên mình một chiếc “ba lô” nhỏ để đựng mật hoa. Chính đặc điểm sinh học tưởng chừng như không có gì đặc biệt này lại truyền cảm hứng cho một ý tưởng cực kỳ táo bạo, đó là gắn cảm biến vào những chú ong để theo dõi vị trí, biến loài vật nhỏ bé này thành “những chiếc máy bay không người lái” mà nông dân có thể sử dụng để theo dõi cánh đồng của họ.

Một chú ong đã được gắn cảm biến siêu nhỏ trên lưng

Các kỹ sư tại Đại học Washington, Mỹ, đã phát hiện ra rằng thay vì sử dụng các thiết bị cồng kềnh cần sạc phải sạc pin thường xuyên, chúng ta hoàn toàn có thể trang bị cho những loài côn trùng như ong, một số thiết bị nhỏ bé nhưng mạnh mẽ để thực hiện công việc tương tự.

Một số nhà nghiên cứu khác lại cố gắng tạo ra những chú robot côn trùng 100%. Tuy nhiên vấn đề phát sinh ở chỗ những robot tí hon này phải “vật lộn” để có thể bay được trong điều kiện hỗn loạn và bị giới hạn bởi nguồn năng lượng từ một cục pin nhỏ.

Giải pháp của nhóm các kỹ sư tại Đại học Washington là tận dụng lợi ích song song từ những chú ong thật và thiết bị công nghệ thay vì cố gắng tạo ra chú ong robot. Nhờ sự tiến hóa diễn ra trong hàng triệu năm, côn trùng đã tìm ra cách tự điều hướng trong một loạt các điều kiện phức tạp, và chúng có thể tự cung cấp năng lượng cho mình.

• Thiên tai có thể giết chết côn trùng, động vật không xương sống

Với đặc tính của mình, những chú ong nghệ có thể phục vụ như một công cụ nông nghiệp chính xác

Để khiến cho những chú ong nghệ phục vụ như một công cụ nông nghiệp chính xác, các kỹ sư đã cố gắng tích hợp một vài thiết bị như cảm biến, lưu trữ dữ liệu, máy thu tín hiệu để theo dõi vị trí và pin sạc vào một hệ thống có kích thước siêu nhỏ, chỉ nặng chừng 102 miligam, và gắn lên cơ thể chúng. Khi những chú ong bay đi thực hiện công việc hàng ngày của mình, các cảm biến cũng sẽ bắt tay vào đo nhiệt độ, độ ẩm môi trường, và vị trí của chú ong được theo dõi thông qua tín hiệu vô tuyến để đảm bảo kết nối thông suốt dù nó bay xa. Khi chúng quay về tổ, dữ liệu sẽ được tải lên hệ thống thông qua kết nối không dây và pin cũng sẽ được sạc lại.

Hệ thống máy móc có kích thước siêu nhỏ dùng để gắn lên cơ thể ong nghệ

Nhóm nghiên cứu gọi công nghệ này là Living IoT (tạm dịch: Internet vạn vật sống). Tham vọng của họ là tạo ra một mạng lưới các cảm biến có thể tận dụng và kết hợp tốt sinh học với công nghệ, tạo ra những hệ thống giám sát môi trường tiên tiến và thân thiện hơn. Hãy để chính thiên nhiên là người dẫn lối!

• Kho hạt giống toàn cầu của Na Uy cần tới hàng triệu USD để nâng cấp vì nhiệt độ tăng

Biến cừu và dê thành những “chuyên gia” dự đoán thảm họa tự nhiên

Cách đây hơn 2 nghìn năm, tác giả La Mã Aelian đã từng viết về một hiện tượng đáng kinh ngạc ở Hy Lạp, xảy ra chừng 5 ngày trước khi một trận động đất lớn xuất hiện vào năm 373 trước công nguyên và gây thiệt hại nặng nề, đó là việc gần như toàn bộ các loài động vật quen thuộc như chuột, rắn, đê, cừu và nhiều loài sinh vật khác đột ngột lũ lượt rời khỏi thị trấn tìm nơi chạy trốn. Trong khi gia súc nuôi nhốt trong chuồng thì như “hóa điên”. Tại thời điểm đó, quan điểm cho rằng động vật sở hữu một “siêu năng lực” giúp chúng đoán trước thảm họa tự nhiên mà con người không có bắt đầu manh nha hình thành.

• Sóng âm dưới nước có thể giúp cảnh báo sóng thần sớm hơn

Động vật, đặc biệt là loài dê, thường rất nhạy cảm với mọi biến động, rung chuyển

Khi còn là một học sinh trung học, nhà động vật học nổi tiếng Martin Wikelski đã từng dịch các văn bản Hy Lạp và La Mã cổ đại, trong đó có hiện tượng mà Aelian đã từng đề cập. Chính điều này đã thuyết phục ông tin chắc rằng động vật có thể sở hữu khả năng bẩm sinh trong việc cảm nhận những bất thường trong môi trường tự nhiên, đặc biệt là trước khi một thảm họa chết chóc sắp xảy ra.

Wikelski hiện đang là người đứng đầu một loạt các dự án nghiên cứu thú vị và cũng đầy tham vọng về động vật, cũng như cách thức tận dụng khả năng đặc biệt của chúng để phục vụ cho cuộc sống con người. Trước đây, ông từng gây tiếng vang trong giới khoa học với sáng kiến gắn các thiết bị thu phát GPS trên cơ thể một số loài động vật nhằm thu thập và phân tích xem thông tin về hành vi tập thể của chúng có thể tiết lộ điều gì. Trong một vài nghiên cứu đáng chú ý khác, Wikelski đã từng chỉ ra rằng sự hiện diện của loài cò trắng có thể biểu thị sự bùng phát của đại dịch châu chấu, trong khi vị trí và nhiệt độ cơ thể của loài vịt trời có thể báo hiệu sự lây lan cúm gia cầm ở người.

Hiện nhóm nghiên cứu của ông đang tập trung đến những chú dê, nhằm kiểm chứng quan điểm cho rằng loài động vật này có thể nhận biết dấu hiệu của một trận động đất sắp xảy ra, cũng như những vụ phun trào núi lửa, vốn đã xuất hiện cách đây gần 2000 năm có thực sự chính xác hay không. Chắc chắn đây vẫn là một ý tưởng gây tranh cãi, nhưng có lẽ việc thu thập dữ liệu 24/7 xung quanh các sự kiện lớn hoàn toàn có thể mang lại sự tin cậy về mặt khoa học, bằng cách này hay cách khác.

Ngay sau khi một trận động đất mạnh làm rung chuyển Norcia, Ý, vào năm 2016 xảy ra, nhóm nghiên cứu của Wikelski đã quyết định trang bị cho một số cá thể gia súc nuôi tại trang trại gần tâm chấn một loại vòng cổ đặc biệt để xem liệu chúng có bất cứ hành xử khác thường nào trước mỗi cơn dư chấn hay không. Mỗi chiếc vòng cổ đều có chứa cả thiết bị theo dõi GPS và gia tốc kế. Với khả năng giám sát suốt ngày đêm như vậy, Wikelski và các cộng sự đã có thể quan sát cả hành vi bình thường và khác thường của gia súc, từ đó phân tích và tìm ra những sai lệch có thể cho kết quả mong muốn.

• Các nhà khoa học lập bản đồ khu vực Châu Á dễ bị động đất với hy vọng giảm nhẹ thiên tai

Loài dê sống tại khu vực gần núi lửa thường có biểu hiện lạ trước mỗi vụ phun trào

Tại Ý, Wikelski và nhóm của ông đã ghi nhận được rằng nhịp tim của các loài động vật đều có hiện tượng tăng quá mức thông thông thường, cùng với đó là hiện tượng “bồn chồn, bứt rứt” nhiều giờ trước khi trận động đất xảy ra. Nhà khoa học này đã quan sát thấy thời gian “báo động đỏ” diễn ra trong vòng từ 2 đến 18 giờ, tùy thuộc vào khoảng cách của các sinh vật này với tâm chấn. Đây là khoảng thời gian mà chúng xuất hiện nhiều hiện tượng bất thường nhất. Điều đó chứng tỏ rằng quan điểm của những người La Mã cổ đại không phải là không có căn cứ.

Từ kết quả đầy triển vọng của nghiên cứu trên, Wikelski đang quan tâm nhiều hơn đến việc làm rõ cơ chế cảm nhận những hiện tượng tự nhiên cực đoan của động vật, mà điển hình trong đó là cừu và dê.

Nếu chỉ đơn giản là động vật rất nhạy cảm với mọi biến động, rung chuyển, các nhà địa chấn học hoàn toàn có thể giải quyết được những vấn đề còn tồn đọng trong khâu dự đoán sớm hiện tượng động đất, núi lửa phun trào bằng cách sử dụng chính những loài vật nuôi này. Trên thực tế, đất đá dưới lòng đất thường phải chịu áp lực rất lớn trước khi một trận động đất xảy ra và đẩy các hạt ra vật chất nhỏ ra ngoài không khí. “Có một sự biết đổi trong không khí, và đó có thể là những gì mà các loài động vật có thể cảm nhận được”, Wikelski nhận định.

Trong tương lai, Wikelski và nhóm nghiên cứu tiến hành một thử nghiệm với quy mô lớn hơn rất nhiều, đó là gắn thiết bị theo dõi cho các quần thể động vật trống gần những khu vực núi lửa đang hoạt động thuộc Vành đai Lửa Thái Bình Dương. Về cơ bản, các nhà khoa học muốn thu thập thêm dữ liệu rõ ràng hơn nhằm mô hình hóa hành vi của các loài động vật khác nhau trong tự nhiên, đồng thời xác định xem loài nào sở hữu khả năng dự đoán thảm họa tự nhiên nhạy bén hơn, có thể giúp ích cho con người.

• Điểm lại 10 thảm họa tàn khốc nhất trong lịch sử loài người

Wikelski đã xin cấp bằng sáng chế cho một hệ thống cảnh báo thảm họa tự nhiên dựa trên một số loài động vật, cũng như hành vi bất thường mang tính tập thể của chúng trước khi thảm họa xảy ra.

Con người chính là giống loài thông minh nhất thế giới, tuy nhiên động vật cũng sở hữu rất nhiều “năng lực” mà chúng ta không thế có được. Việc tận dụng những năng lực đó nhằm phục vụ cuộc sống con người, trong khi không gây hại đến con vật, là một phương án phát triển bền vững cần được nhân rộng.

Trên đây chỉ là những ví dụ nhỏ về lợi ích không ngờ mà các loài động, thực vật đem lại cho cuộc sống của con người. Chúng sẽ còn trở nên hữu dụng hơn nữa nếu chúng ta biết cách tận dụng hiệu quả. Tất cả vì một tương lai tốt đẹp hơn!