NASA gần đây đã hoàn thành các thử nghiệm khắt khe về xe tự hành trên địa hình mô phỏng Sao Hỏa (Martian-simulated terrain), sử dụng công nghệ lốp xe lò xo hợp kim nhớ hình dạng (shape memory alloy spring tire) được phát triển tại Trung tâm Nghiên cứu Glenn của NASA ở Cleveland, hợp tác với Goodyear Tire and Rubber.
Sao Hỏa luôn mang sức hút bí ẩn được nghiên cứu qua nhiều thế kỷ. Hành tinh thứ tư từ Mặt Trời gợi nhớ đến một sa mạc đỏ giàu có, với bề mặt gồ ghề và đầy thách thức để khám phá. Mặc dù đã có nhiều sứ mệnh robot hạ cánh lên Sao Hỏa, NASA mới chỉ thăm dò được 1% bề mặt của hành tinh này.
Xe tự hành – robot di động dùng để thám hiểm bề mặt Mặt Trăng hoặc hành tinh – cần được trang bị lốp xe phù hợp với môi trường mà chúng thám hiểm. Vì bề mặt Sao Hỏa không bằng phẳng và lởm chởm đá, những lốp xe bền bỉ là điều cần thiết để đảm bảo khả năng di chuyển. Công nghệ lốp lò xo hợp kim nhớ hình dạng (SMA) giúp hiện thực hóa điều này.
Hợp kim nhớ hình dạng là kim loại có khả năng trở về hình dạng ban đầu sau khi bị uốn cong, kéo giãn, đun nóng và làm nguội. NASA đã sử dụng hợp kim này trong nhiều thập kỷ, nhưng việc ứng dụng công nghệ này vào lốp xe là một khái niệm tương đối mới.
“NASA Glenn là một trong những đơn vị hàng đầu thế giới trong việc phát triển khoa học và hiểu biết về cách thay đổi thành phần hợp kim, cách xử lý vật liệu, và cách mô hình hóa các hệ thống này để kiểm soát và ổn định hành vi của chúng, nhằm ứng dụng vào thực tế,” tiến sĩ Santo Padula, kỹ sư nghiên cứu vật liệu tại NASA Glenn, cho biết.
Khởi nguồn từ một cuộc gặp gỡ bất ngờ
Padula và nhóm của ông đã thử nghiệm nhiều ứng dụng hợp kim nhớ hình dạng, nhưng ý tưởng sử dụng hợp kim này cho lốp xe xuất hiện tình cờ (chance encounter). Sau một cuộc họp, ông tình cờ gặp Colin Creager, kỹ sư cơ khí tại Glenn, người đã giới thiệu về công việc trong Phòng thí nghiệm Mô phỏng Hoạt động Mặt Trăng (SLOPE) của NASA. Phòng thí nghiệm này mô phỏng bề mặt của Mặt Trăng và Sao Hỏa để thử nghiệm hiệu suất của xe tự hành. Khi đến phòng thí nghiệm, Padula lập tức chú ý đến lốp lò xo được làm từ thép.
Padula nhận xét: “Ngay khi nhìn thấy lốp xe, tôi đã hỏi: Các anh có gặp vấn đề với việc biến dạng của kim loại không?” Colin trả lời: “Đó là vấn đề duy nhất mà chúng tôi chưa giải quyết được.” Padula tiếp lời: “Tôi có giải pháp. Tôi đang phát triển một hợp kim mới có thể giải quyết vấn đề đó.”
Từ đó, Padula, Creager và các đội ngũ đã hợp lực để cải tiến lốp lò xo hiện có của NASA bằng một vật liệu cách mạng: hợp kim tự nhớ hình dạng nickel-titanium. Kim loại này có thể chịu được biến dạng dù bị tác động mạnh, cho phép lốp xe trở lại hình dạng ban đầu sau va chạm lớn, điều mà lốp thép thông thường không thể làm được.
Vào mùa thu năm 2024, đội ngũ NASA Glenn đã đến Airbus Defence and Space ở Stevenage, Vương quốc Anh, để thử nghiệm loại lốp mới tại khu vực Mô phỏng Sao Hỏa của Airbus. Các thử nghiệm bao gồm việc theo dõi hiệu suất lốp khi xe leo dốc, xuống dốc, vượt qua đá và cát. Đội ngũ đã thu thập dữ liệu về độ ổn định, khả năng điều khiển và vượt địa hình của lốp.
NASA tiếp tục phát triển các hệ thống cho thám hiểm không gian sâu, với mục tiêu cải tiến hơn nữa công nghệ này cho lốp xe và các ứng dụng tiềm năng khác, bao gồm cả môi trường trên Mặt Trăng. “Mục tiêu của tôi là mở rộng khả năng chịu nhiệt của hợp kim nhớ hình cho các ứng dụng như lốp xe, cũng như phát triển vật liệu bảo vệ nơi ở khỏi các vụ va chạm vi thiên thạch (micrometeorite strikes),” Padula nói.
Một xe tự hành thử nghiệm sử dụng lốp lò xo hợp kim nhớ hình dạng vượt qua địa hình mô phỏng bề mặt Sao Hỏa. Ảnh: https://techxplore.com
