Chuyên gia Hàn Quốc thiết kế lại chiếc bánh xe, đến xe lăn cũng có thể vượt chướng ngại vật và leo cầu thang

Thiết kế mới có thể giúp xe lăn, xe máy, ô tô của tương lai đối phó với các địa hình gập ghềnh sỏi đá.

Bánh xe, một trong những phát minh vĩ đại của con người, vẫn đang được tiếp tục ứng dụng trong những ngành nghề hiện đại như lắp ráp ô tô hay chế tạo robot. Với cấu trúc đơn giản và hiệu năng lớn, bánh xe sẽ còn song hành với con người nhiều năm nữa.

Tuy vậy, bánh xe không phải công cụ toàn năng và vẫn còn ẩn chứa những hạn chế. Chúng gặp khó khăn trong việc đi qua vật cản hay không thể leo lên những cấu trúc phức tạp như thang bộ.

Để khắc phục tình trạng này, một nhóm các nhà khoa học Viện Máy móc và Vật liệu Hàn Quốc đã đề xuất một cấu trúc bánh xe hoàn toàn mới, có thể thay đổi theo địa hình gặp phải.

Thử nghiệm bánh xe biến hình trong điều kiện phòng thí nghiệm - Video: KIMM.

Sản phẩm độc đáo có tên gọi “bánh xe với độ rắn biến thiên”, được thiết kế dựa trên cơ chế sức căng bề mặt của một giọt chất lỏng.

Trong một giọt dung dịch như nước, khi lực kết dính giữa các phân tử chất lỏng bên ngoài tăng lên, lực kéo các phân tử chất lỏng vào bên trong cũng tăng theo. Điều này dẫn đến sức căng bề mặt cao, khiến giọt chất lỏng từ chỗ bị biến dạng do lực hấp dẫn trở về hình dạng tròn.

Tương tự, hình dạng và độ cứng của bánh xe được kiểm soát thông qua thay đổi lực của chuỗi xích ngoài cùng. Khi sức căng của dây nan hoa kết nối với mỗi mắt xích tăng lên, bánh sẽ sẽ mang những đặc điểm thường thấy, giúp phương tiện di chuyển trên mặt phẳng với tốc độ cao.

Ngược lại, khi sức căng của nan hoa giảm, bánh xe sẽ dễ dàng thay đổi hình dạng để phù hợp với các chướng ngại vật gặp phải.

Những cơ chế độc đáo giúp bánh xe vượt địa hình trắc trở mà không cần tới một hệ thống điều khiển công nghệ cao. Trong thử nghiệm, bánh xe biến hình được lắp vào xe lăn 2 bánh với trọng lượng 120 kilogram, và đã hoàn thành nhiều bài thử nghiệm ngoài trời.

Kết quả thí nghiệm cho thấy khi bánh được lắp và xe bốn bánh và xe lăn, chúng có thể giúp xe vượt qua những chướng ngại vật như đá tảng, hay có thể leo thang với độ cao của mỗi bậc chỉ gấp 1,2 lần bán kính của chiếc bánh xe biến hình.

Tuy nhiên, thiết kế này vẫn ẩn chứa nhiều hạn chế. Đầu tiên, thử nghiệm chưa đo đếm được tiếng ồn phát ra từ một chiếc xe lắp bánh dạng này, cũng chưa xác định chính xác hiệu suất năng lượng của xe.

Quan trọng hơn, các hạt bụi có thể dễ dàng bám vào những kẽ hở nằm trên xích bánh xe, khiến bánh xe hư hỏng cũng như làm giảm hiệu năng “biến hình” của bánh. Nhóm nghiên cứu sẽ tiến hành phủ kín bánh xe trong những thử nghiệm tương lai, giúp sản phẩm cuối cùng giống hơn với một chiếc bánh xe thông dụng.

Nghiên cứu đã được đăng tải trên tạp chí Science.