Vật liệu aerogel lấy cảm hứng từ cú mèo có thể làm dịu tiếng ồn trầm của đô thị

Tiếng gầm trầm của chiếc xe buýt rời bến, âm ù đều đặn của đường cao tốc về đêm, tiếng máy móc công trường vọng lại từ xa — đó là những âm thanh len lỏi qua tường và cửa sổ. Khác với những tiếng động sắc và ngắn ngủi, âm tần số thấp kéo dài dai dẳng. Chúng làm rung chuyển bê tông và kính, biến nhà ở và văn phòng thành những buồng cộng hưởng của tiếng ồn cơ học liên tục.

Các kỹ sư từ lâu đã gặp khó khi xử lý những âm trầm này. Giải pháp cách âm truyền thống dựa vào mút dày, nặng hoặc các lớp chắn đặc để chặn rung động bằng chính khối lượng của chúng. Chúng hiệu quả, nhưng phải đánh đổi: tấm cách âm cồng kềnh, tăng trọng lượng và vật liệu không phải lúc nào cũng thân thiện với môi trường.

Giờ đây, các nhà khoa học tìm cảm hứng từ một thợ săn thầm lặng đáng kinh ngạc: cú mèo. Cú nổi tiếng với khả năng bay gần như không gây tiếng động, một phần nhờ cấu trúc tinh vi của bộ lông. Thay vì mép trơn nhẵn, lông cú có các viền mềm và lớp xốp giúp phá vỡ nhiễu động không khí và làm giảm âm thanh. Các nhà nghiên cứu đã tái tạo nguyên lý này ở quy mô nhỏ hơn nhiều, phát triển aerogel sợi nano — vật liệu gồm những sợi cực mảnh đan thành mạng lưới xốp như bọt biển — có thể giữ lại và tiêu tán tiếng ồn tần số thấp.

Aerogel thường được ví như “khói rắn” vì phần lớn cấu tạo của nó là không khí được giữ bởi một khung sườn mảnh mai. Phiên bản mới sử dụng các sợi đan rối mỏng đến mức được đo bằng phần tỷ của mét. Khi sóng âm trầm đi vào vật liệu, chúng không chỉ bật ngược trở lại. Thay vào đó, chúng buộc phải luồn lách qua mê cung các lối đi siêu nhỏ. Trên đường đi, năng lượng của chúng chuyển hóa thành một lượng nhiệt nhỏ, làm suy yếu dao động trước khi chúng có thể truyền tiếp.

Tiếng ồn tần số thấp đặc biệt “lì lợm” vì các bước sóng dài dễ lọt qua khe hở nhỏ và tường mỏng. Đó là lý do âm bass từ dàn loa nhà hàng xóm có thể khiến sàn nhà rung lên. Bằng cách điều chỉnh cẩn thận khoảng cách và mật độ của các sợi nano, các nhà nghiên cứu nhận thấy họ có thể nhắm trúng những bước sóng dài này hiệu quả hơn so với mút thông thường — đồng thời giảm đáng kể độ dày và trọng lượng.

Kết quả là một vật liệu có thể hạ tiếng ồn động cơ lớn xuống mức được xem là an toàn mà không cần lớp đệm dày. Vì aerogel chủ yếu là không khí, nó cực kỳ nhẹ. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng ở những nơi mà trọng lượng là yếu tố then chốt: bên trong phương tiện giao thông, quanh máy móc công nghiệp, thậm chí tích hợp vào các tấm xây dựng mà không làm tăng độ cồng kềnh. Các thiết kế ban đầu cũng chú trọng tính bền vững, với quy trình và thành phần ít gây hại hơn so với nhiều loại mút tổng hợp.

Ô nhiễm tiếng ồn thường bị xem là phiền toái nhỏ, nhưng tác động của nó tích lũy theo thời gian. Việc tiếp xúc lâu dài với tiếng xe cộ hoặc tiếng máy móc công nghiệp có liên quan đến căng thẳng, rối loạn giấc ngủ và các vấn đề tim mạch. Khi các thành phố ngày càng đông đúc và xe điện tạo ra những dạng âm thanh mới, việc kiểm soát tiếng ồn không chỉ còn là vấn đề tiện nghi mà trở thành mối quan tâm về sức khỏe cộng đồng.

Điểm đáng chú ý của nghiên cứu này không chỉ nằm ở bản thân vật liệu mà còn ở cách nó nhìn nhận lại vấn đề. Thay vì chống lại tiếng ồn bằng khối lượng nặng nề, các nhà khoa học học hỏi từ hệ thống sinh học hoạt động dựa trên cấu trúc. Cú mèo không làm khu rừng im lặng nhờ trọng lượng cơ thể, mà nhờ hình học tinh tế. Sự chuyển hướng từ sức mạnh thô sang thiết kế cấu trúc này phản ánh xu hướng rộng hơn trong khoa học vật liệu, nơi thiết kế vi mô có thể vượt trội so với kích thước thuần túy.

Vẫn còn nhiều việc phải làm trước khi aerogel lấy cảm hứng từ cú mèo được lắp đặt trên tường thành phố hay bao quanh nhà máy. Chúng cần chứng minh độ bền, chi phí hợp lý và khả năng sản xuất quy mô lớn. Tuy nhiên, nguyên tắc đã rõ ràng: đôi khi con đường đến một thế giới yên tĩnh hơn không nằm ở những bức tường dày hơn, mà ở những giải pháp nhẹ hơn và được thiết kế cẩn trọng.

Nếu những vật liệu này rời khỏi phòng thí nghiệm để bước vào đời sống hằng ngày, sự thay đổi có thể không ồn ào hay dễ nhận thấy. Nó có thể chỉ đơn giản là sự vắng mặt của một tiếng ù trầm kéo dài. Trong một thế giới hiếm khi tự trở nên yên tĩnh hơn, đó sẽ là một bước chuyển mình đáng kể.