Thành tựu này thách thức quan niệm tồn tại nhiều thập kỷ qua rằng động cơ điện muốn hoạt động hiệu quả bắt buộc phải sử dụng nam châm và các linh kiện kim loại.
Điểm đột phá nằm ở một loại vật liệu đặc biệt gọi là chất lỏng sắt điện. Đây là loại chất lỏng có các phân tử phản ứng rất mạnh khi đặt trong điện trường. Nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học Tokyo phát hiện chất lỏng này có thể tạo ra lực tĩnh điện theo phương ngang đủ lớn để làm phát sinh chuyển động.
Hiện tượng trên đã được các nhà khoa học dự đoán về mặt lý thuyết hơn 100 năm trước. Tuy nhiên, giới nghiên cứu lâu nay cho rằng lực tạo ra quá nhỏ nên không thể ứng dụng vào thực tế. Kết quả mới cho thấy động cơ tương lai có thể giảm sự phụ thuộc vào nam châm, cuộn dây đồng và các nguyên tố đất hiếm.
Phần lớn động cơ điện hiện nay hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ, biến điện năng thành chuyển động nhờ từ trường do nam châm hoặc dòng điện tạo ra. Trong khi đó, lực tĩnh điện – lực hút hoặc đẩy giữa các điện tích – cũng có thể tạo chuyển động nhưng từ trước đến nay được xem là quá yếu để vận hành máy móc. Vì vậy, hướng nghiên cứu này ít được các kỹ sư quan tâm.
Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Suzushi Nishimura dẫn đầu đã kiểm chứng lại giả thuyết trên bằng cách khảo sát chất lỏng sắt điện trong điện trường. Trong thí nghiệm, họ đặt chất lỏng giữa hai điện cực cách nhau chỉ vài milimét rồi cấp điện áp. Kết quả, chất lỏng dịch chuyển theo phương ngang gần 10 cm.
Các nhà khoa học xác định điện trường đã làm các phân tử trong chất lỏng tự sắp xếp thành cấu trúc có trật tự. Sự thay đổi này tạo ra lực theo phương ngang mạnh hơn nhiều so với dự đoán trước đây.
Sau thành công ban đầu, nhóm nghiên cứu tiếp tục tìm cách biến chuyển động tịnh tiến của chất lỏng thành chuyển động quay. Kết quả là họ chế tạo được mẫu động cơ hoạt động mà không cần nam châm hay rôto kim loại truyền thống.
Thay vào đó, động cơ sử dụng rôto bằng nhựa resin. Thiết bị chứng minh chuyển động quay có thể được tạo ra chỉ nhờ hiệu ứng tĩnh điện.
Công nghệ này có thể tạo ra tác động lớn đối với các ngành công nghiệp đang tìm kiếm giải pháp thay thế vật liệu đất hiếm. Nguyên liệu này vốn được sử dụng rộng rãi trong động cơ hiện đại. Linh kiện nhựa nhẹ hơn cũng hứa hẹn mang lại lợi ích cho robot, máy móc cỡ nhỏ và các thiết bị đòi hỏi độ chính xác cao, nơi khối lượng và khả năng phản ứng nhanh là yếu tố quan trọng.
Khánh Linh
Theo Wonderful Engineering
