Nhím biển "nghe" thấy dòng chảy: Gai nhọn đóng vai trò như cảm biến nước tự nhiên

Nhím biển, thuộc lớp Echinoidea, vốn thường được biết đến là những sinh vật đơn giản với lớp vỏ cứng và những chiếc gai di động dưới đáy đại dương. Tuy nhiên, vào đầu năm 2026, các nhà nghiên cứu đã công bố một phát hiện chấn động: những chiếc gai của chúng có khả năng cảm nhận chuyển động của nước và chuyển đổi dòng chảy này thành tín hiệu điện. Về cơ bản, quá trình nước bao quanh các gai nhọn đã tạo ra một điện thế tự nhiên đầy kinh ngạc, biến cơ thể chúng thành một bộ thu nhận dữ liệu môi trường sống động.

Chìa khóa của hiện tượng này nằm ở cấu trúc tế bào phân cấp độc đáo của gai nhọn, được gọi là "stereom". Đây là một mạng lưới các "vách ngăn" và lỗ hổng với kích thước thay đổi một cách tinh vi dọc theo chiều dài của gai. Cấu trúc phân cấp này khiến dòng nước chảy qua không đồng đều: càng về phía đầu gai, các lỗ siêu nhỏ càng thu hẹp lại, làm tăng tốc độ và áp suất nước tại chỗ, từ đó khuếch đại phản ứng điện học một cách mạnh mẽ và chính xác hơn bao giờ hết.

Cơ chế sinh điện này liên quan mật thiết đến lớp điện kép (Double Electrical Layer - DEL). Tại ranh giới giữa vật liệu rắn và chất lỏng, các điện tích sẽ phân tách trong một vùng bề mặt cực mỏng. Khi nước chuyển động qua cấu trúc vi xốp của gai nhím, quá trình vận chuyển các ion và sự dịch chuyển của lớp điện kép sẽ tạo ra một điện thế có thể đo lường được. Nói cách khác, động năng của dòng chảy đại dương đã được biến đổi trực tiếp thành điện áp thông qua một quá trình vật lý tự nhiên hoàn hảo.

Lấy cảm hứng từ kiến trúc thiên nhiên tuyệt diệu này, đội ngũ nghiên cứu đã tái tạo thành công các mẫu vật nhân tạo bằng công nghệ in 3D tiên tiến. Các "gai" có cấu trúc phân cấp được chế tạo từ nhiều vật liệu khác nhau, bao gồm cả gốm sứ và polyme, để kiểm chứng khả năng ứng dụng thực tế. Kết quả thử nghiệm cho thấy những cấu trúc này cũng tạo ra tín hiệu đầu ra rõ rệt khi đặt trong dòng nước. Đặc biệt, tổ chức phân cấp theo mô hình nhím biển giúp tăng điện áp lên gấp nhiều lần so với các mẫu thử có cấu trúc đồng nhất không có sự phân cấp.

Tầm quan trọng của khám phá này vượt xa khỏi phạm vi sinh học thuần túy của loài nhím biển. Đây là một bước tiến đột phá hướng tới việc phát triển các cảm biến dưới nước tự cung cấp năng lượng trong tương lai. Những thiết bị này có khả năng lập bản đồ dòng chảy theo thời gian thực mà không cần đến nguồn điện bên ngoài hay các hệ thống điều hướng phức tạp. Điều này mở ra một kỷ nguyên mới cho công nghệ thám hiểm đại dương, nơi các thiết bị có thể hoạt động bền bỉ và hòa nhập hoàn toàn với môi trường nước.

Sự kiện khoa học này đã mang đến một sắc thái mới cho cách chúng ta cảm nhận về "âm thanh" của hành tinh. Nó tạo ra một âm hưởng của sự tĩnh lặng đầy tinh tế, nơi dòng chảy của đại dương giờ đây có thể được "nghe" thấy như một nốt nhạc điện tử đặc biệt. Điều thú vị là âm thanh này không được thu lại qua các loại micro truyền thống, mà được cảm nhận và chuyển hóa thông qua chính hình thái vật chất và cấu trúc hình học của sinh vật dưới đáy biển sâu.

Qua đó, chúng ta một lần nữa thấy được một mối liên kết mật thiết giữa sinh học và kỹ thuật: thiên nhiên không hề che giấu các công nghệ cao siêu. Thực tế, các hệ sinh thái đã luôn vận hành và "hít thở" dựa trên những nguyên lý kỹ thuật tiên tiến này từ hàng triệu năm qua. Nhiệm vụ của con người hiện nay chỉ đơn giản là học cách đọc, thấu hiểu và ứng dụng những bài học quý giá mà tạo hóa đã dày công thiết lập trong quá trình tiến hóa dài đằng đẵng.