Công nghệ bảo vệ mới: Áo chống đạn dạng lỏng

Hàng ngàn năm qua, bất kể trong các cuộc chiến với gươm đao hay với súng đạn, các bộ áo giáp luôn bảo đảm một đặc điểm cơ bản đó là bao bọc cơ thể nhằm bảo vệ người sử dụng khỏi các tác nhân gây hại như vũ khí, đạn dược. Những loại áo giáp ngăn cản lực trực tiếp tác dụng lên cơ thể, nó giảm tải, phân bố lực lên một khoảng lớn khiến cho những tổn thương không còn nghiêm trọng nữa. Tuy không thể bảo vệ con người một cách tuyệt đối, những bộ áo giáp làm rất tốt nhiệm vụ bảo vệ con người khỏi các tổn thương nghiêm trọng hoặc thậm chí là cái chết. Những bộ áo giáp chỉ đặc biệt hiệu quả khi mặc trong những tình huống phù hợp, chống lại vũ khí phù hợp.

 

 

Sự phát triển của các loại vũ khí kéo theo sự phát triển của áo giáp. Từ những chiếc áo giáp kim loại nặng nề dùng để chống lại gươm, kiếm, các loại áo giáp ngày nay đã trở nên nhẹ nhàng hơn rất nhiều cũng như chắc chắn hơn để chống lại sức công phá của đạn ở những mức độ nhất định. Các loại áo chống đạn ngày nay vẫn còn khá nặng nề, vướng víu và không thích hợp nếu muốn sử dụng trong cách tình huống phản ứng nhanh hay cần sự linh hoạt.

 

Tuy nhiên, một giải pháp đã được đưa ra để có thể tạo ra các loại áo giáp vừa chắc chắn lại có trọng lượng nhẹ hơn nhiều so với các loại áo chống đạn ngày nay. Những chiếc Áo chống đạn lỏng có thể là một giải pháp, xu thế mới cho tương lai.

 

 

Hãy cùng tìm hiểu về loại áo chống đạn đặc biệt này.

 

 

“Áo chống đạn lỏng” có thể khiến nhiều người hiểu lầm và nghĩ đến các loại áo chống đạn với các lớp chất lỏng được xếp liên tiếp cạnh nhau, cũng từng có người tuyên bố những chiếc áo chống dạn này giống như cơ thể của tên người máy T-1000 trong  phim Terminator 2: Judgement Day. Tuy nhiên, những chiếc áo chống đạn lỏng này được thiết kế dựa theo những chiếc áo bằng chất liệu Kevlar bấy lâu nay vẫn được sử dụng. Tuy nhiên, những lớp Kevlar trong chiếc áo chống đạn kiểu mới này lại được thấm, tẩm thêm các loại chất lỏng đặc biệt, do đó chúng được gọi là áo chống đạn lỏng.

 

 

Mặc dù những loại áo chống đạn này hiện nay vẫn đang trong những giai đoạn thử nghiệm cuối cùng, các nhà khoa học đã khẳng định sự vượt trội của nó so với các loại áo chống đạn thông dụng hiện nay. Những nhà sáng chế đang tin tưởng vào tương lai của loại áo chống đạn này.

 

Như trong một bài viết trước giới thiệu về những chiếc áo chống đạn, chúng ta có thể hiểu cơ chế hoạt động của những chiếc áo chống đạn cũng giống như một chiếc lưới trong gôn bóng đá. Khi một viên đạn lào vào tấm chắn của chiếc áo, những phần lưới Kevlar trong áo sẽ kéo dãn ra, giảm lực tác động trực tiếp của viên đạn lên cơ thể người. Tuy nhiên, để cản được lực của một viên đạn, một chiếc áo chống đạn phải có khoảng từ 20 đến 40 lớp lưới Kevlar để lực không đưa viên đạn lún quá sâu vào người gây tổn thương nội tạng của người sử dụng. Với 20 đến 40 lớp lưới Kevlar, chiếc áo chống đạn bình thường nặng đến hơn 4 kg, khi khoác những chiếc áo này trên cơ thể, người sử dụng chắc chắn không thể cảm thấy thoải mái được.

 

 

Những loại chất lỏng đặc biệt được tẩm trên tấm lưới Kevlar có phản ứng cực nhạy với các tác động bên ngoài. Khi sử dụng các lưới Kevlar tấm chất lỏng này, chúng ta có thể chế tạo các loại áo nhẹ hơn, chắc chắn hơn. Có 2 loại chất lỏng được sử dụng trong việc thấm vào những tấm lưới Kevlar, đó là Shear-Thickening Fluid ( STF) và Magnetorheological Fluid (MRF).

 

 

Đây là một trong 2 loại chất lỏng có thể được sử dụng trên các tấm lưới Kevlar.

 

Chất lỏng STF ở trạng thái lỏng trong điều kiện thường nhưng khi bị khuấy động hay có lực tác dụng vào, nó sẽ lập tức trở nên cứng lại chỉ trong vài mili giây. STF được sử dụng trong công nghệ chế tạo áo chống đạn hoàn toàn ngược lại với những chất lỏng khi khuấy động sẽ trở nên lỏng hơn như sơn ( Các chất này được gọi là Shear-Thinning Fluid).

 

 

Hãy thí nghiệm đổ bột ngô vào nước và khuấy lên. Nếu chỉ khuấy nhẹ, bột ngô và nước sẽ chuyển động giống như chất lỏng bình thường, nhưng khi khuấy mạnh lên, chất lỏng ấy sẽ đặc sệt lại, trở nên nặng nề hơn. Thậm chí có thể nặn khối dung dịch ấy thành một quả bóng bột ngô, tuy nhiên, quả bóng này sẽ rời rạc, vỡ ra nếu như bạn không tác dụng lực vào đó nữa.

 

STF là một chất giống như keo, bao gồm rất nhiều hạt phân tử nhỏ li ti lơ lửng trong khối chất lỏng ấy. Các phân tử trong khối chất lỏng tự đẩy lần nhau và trong trạng thái bình thường có thể tiếp tục trôi lơ lửng mà không kết dính hay lắng đọng xuống đáy. Tuy nhiên, khi có lực tác động lên khối keo này, nó sẽ áp đảo lực đẩy của các phân tử trong khối keo, khiến chúng dính chặt với nhau tạo thành những cụm hydrocluster. Khi lực tác động vào đó không còn nữa, chúng lại tự động rời xa nhau trở thành những chất lỏng bình thường.

 

 

Chất lỏng để chế tạo các loại áo chống đạn này được tạo ra từ các phân tử silica trôi nổi trong hợp chất polyethylene glycol. Silica là hợp chất của silic dưới dạng thạch anh hoặc đá lửa và trong sa thạch. Các hạt phân tử silica chỉ có đường kính vài nanomet, do đó rất nhiều người coi công nghệ sử dụng silaca là công nghệ nano.

 

Để sử dụng STF, các nhà sáng chế pha loãng thứ chất lỏng này trong rượu ethanol, sau đó các mảnh lưới Kevlar được thấm đẫm thứ dung dịch ethanol và STF này. Cuối cùng, các mảnh lưới Kevlar được đưa vào lò hấp để làm ethanol bay hơi hết. Lúc này, các sợi Kevlar thấm đẫm chất STF và giữ thứ chất keo đặc biệt này trong từng thớ vải. Khi có lực tác động vào tấm Kevlar, chất STF sẽ lập tức rắn lại, khiến cho tấm Kevlar trở nên chắc chắn hơn. Chiếc áo chống đạn sẽ rắn lại chỉ trong vài mili giây và sẽ ngay lập tức trở nên linh hoạt, mềm dẻo ngay khi lực tác động không còn nữa.

 

Các mảnh lưới Kevlar thấm STF có có độ mềm dẻo và linh hoạt giống như những tấm lưới Kevlar bình thường, tuy nhiên, chúng lại có độ cứng vững, chống lực lớn hơn rất nhiều so với các tấm Kevlar bình thường. Trong các cuộc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, 4 tấm lưới Kevlar thấm chất STF có độ cứng ngang với 14 tấm lưới Kevlar bình thường.

 

 

Các cuộc nghiên cứu về chất STF vẫn đang được tiếp tục tại phòng Nghiên cứu Quân đội Hoa Kỳ và Đại học Delaware.

 

 

Khác với STF, chất lỏng còn lại để chế tạo áo chống đạn là Magnetorheological Fluid đang được nghiên cứu tại Học viện Kỹ thuật Massachusetts.

 

MRF là thứ hỗn hợp gồm có dầu và những phân tử sắt. Bề mặt của toàn bộ chất lỏng bao quanh, bảo vệ các phân tử kim loại đang trôi nổi trong MRF. Các phân tử sắt thường chiếm 20 đến 40% của tổng thể tích của chất lỏng này.

 

 

Các phân tử kim loại này thường rất nhỏ, chỉ có đường kính khoảng từ 3 đến 10 micromet nhưng chúng lại quyết định toàn bộ tính chắc chắn, vững trãi của toàn bộ chất lỏng. Khi tiếp xúc với điện trường, các phân tử trong chất lỏng tự động sắp xếp lại và khiến độ cứng vững của chất lỏng tăng mạnh. Phần Magnetorheological xuất phát từ hiện tượng này. Rheological – Lưu biến học – là ngành khoa học nghiên cứu về sự sắp xếp của các phân tử trong cấu trúc của vật thể dưới lực tác dụng. Trong trường hợp của MRF, từ trường thay đổi cả tính kết dính lẫn hình dạng của nó.

 

Quá trình làm cứng chỉ mất 1/20.000 của một giây để hoàn tất. Độ cứng vững của tấm lưới Kevlar sau khi được kích hoạt sẽ phụ thuộc rất nhiều vào sự sắp xếp các phân tử của MRF cũng như kích cỡ, hình dạng và lực của từ trường tác động lên khối chất lỏng MRF. Hiện nay, các nhà nghiên cứu ở Học viện Kỹ thuật Massachusetts đang thí nghiệm trên các hạt phân tử dạng cầu. Nhược điểm của các hạt phân tử này là chúng có thể trượt trên nhau ngay cả khi chúng đang ở thể rắn, điều này sẽ khiến cho những tấm Kevlar bị giới hạn về độ bền và sự cứng vững. Những hạt phân tử magnetorheological với hình dạng khác đang chuẩn bị được đưa ra nghiên cứu để tạo ra các loại áo chống đạn lỏng có hiệu quả hơn.

 

 

Cũng giống như STF, chất lỏng MRF trong trạng thái bình thường chuyển động dưới dạng lỏng, nhưng chúng sẽ trở nên chắc chắn ngay tức thì nếu có tác động phù hợp. Tuy nhiên, nhược điểm của những chiếc áo chống đạn MRF là phải có người khởi động thiết bị từ trường của chiếc áo thì nó mới trở nên hiệu quả, hãy thử nghĩ đến khi bộ pin dự trữ của chiếc áo MRF hết năng lượng, khi ấy nó sẽ chẳng khác gì những chiếc áo vest bình thường.

 

Tham khảo: HowStuffWorks