Chương 416: Trong tay anh ấy có sẵn một chiếc chìa khóa

Buổi tối sau bữa cơm, Tiêu Túc quay trở lại phòng sách riêng, đóng cửa lại. Bầu trời bên ngoài đã dần tối sẫm, ánh đèn rực rỡ từ tòa nhà đối diện vẫn lọt qua những khe cửa chớp xuống sàn.

Tiêu Túc dựa lưng vào ghế, ngón tay vô thức xoay chiếc bút.

Mấy ngày trước, mô hình tính toán tại Viện Khoa học Vũ trụ đã gợi lên trong anh những suy nghĩ mới lạ.

Anh đưa tay, viết hai chữ lên giấy: *Vật liệu.*

Tiêu Túc nhíu mày, ánh mắt đăm đăm nhìn hai chữ ấy.

Về vật liệu, anh vốn chẳng mấy quan tâm, nhưng lần thử nghiệm chế tạo áo tàng hình này đã khiến anh phải suy ngẫm. Dù lý thuyết của anh có hoàn thiện đến đâu, thiết kế có tinh tế bao nhiêu, nếu bị giới hạn bởi những khiếm khuyết của vật liệu thực tế, mọi kế hoạch đều khó lòng thành hình, càng khó đạt được mục tiêu kỹ thuật như mong đợi.

Chẳng hạn như cánh tay cơ khí mà Hằng Khoa trang bị cho robot Cực Chiểu số 1. Toàn bộ khung xương hợp kim titan kết hợp với bộ giảm tốc sóng hài, sau hàng chục năm được mài giũa trong lĩnh vực robot công nghiệp, độ chín muồi và ổn định là điều không cần bàn cãi. Nó đủ sức đáp ứng mọi tác vụ công nghiệp thông thường.

Nhưng điểm yếu của giải pháp kinh điển này lại khá rõ ràng.

Độ đàn hồi của hợp kim titan quá cao, khiến bộ phận chấp hành cuối cùng khó đạt được độ chính xác điều khiển lực ở cấp độ dưới milimet. Mỗi khâu trong chuỗi truyền động đều gây ra sai lệch biến dạng đàn hồi, và sai lệch này tích lũy dần theo chuỗi, càng về cuối càng rõ rệt.

Ngoài ra, bộ giảm tốc sóng hài vốn có độ hồi sai từ một đến hai phút cung. Trong các động tác bắt giữ thông thường, sai số này chẳng đáng bận tâm, nhưng nếu muốn robot thực hiện những động tác tinh tế như xuyên kim hay di chuyển ổn định trên địa hình không đều, sai lệch vi mô ấy sẽ bị khuếch đại vô hạn, trở thành một trở ngại không thể vượt qua.

Anh đã chú ý đến vấn đề này từ lâu. Lúc ấy, anh cũng từng nghĩ đến việc sử dụng hợp kim nhớ dạng hay gốm áp điện để chế tạo bộ chấp hành trực tiếp, bỏ hẳn cấp giảm tốc.

Nhưng hợp kim nhớ dạng có băng thông đáp ứng bị giới hạn, dễ bị trễ pha trong chu trình nhiệt độ, khiến độ chính xác điều khiển khó ổn định. Còn gốm áp điện thì hành trình quá ngắn, muốn đạt hành trình lớn phải xếp chồng hay cơ cấu khuếch đại, nhưng chính những cơ cấu ấy lại gây ra khe hở mới.

Hai loại vật liệu này đều không thể đáp ứng nhu cầu thao tác robot chính xác và ổn định cao.

Thế nhưng giờ đây, trước vấn đề này, Tiêu Túc lại nảy ra ý tưởng mới.

Nếu không có vật liệu phù hợp, vậy thì tự chế ra một loại vật liệu phù hợp không được sao?

Nếu có một loại vật liệu vừa cứng như titan, nhẹ như titan, vừa phản ứng chính xác với tín hiệu điện ở cấp độ mili giây như gốm áp điện, đồng thời duy trì được độ biến dạng crept thấp và tổn hao mỏi tích lũy ở cấp độ nano, thì khớp robot sẽ không còn phải đánh đổi giữa độ chính xác và sức mạnh nữa.

Rồi anh chợt nghĩ, chỉ khớp thôi chưa đủ.

Khung xương, vỏ ngoài, cấu trúc tản nhiệt, khoang pin của Cực Chiểu số 1—mỗi khâu đều có những yêu cầu khác nhau về độ bền riêng, độ dẫn nhiệt, khả năng chống nhiễu điện từ. Nếu đã quyết định làm, tại sao không tối ưu tất cả vật liệu luôn?

Nếu thiết kế lại một công cụ có thể thống nhất mọi yêu cầu ấy vào một hệ thống vật liệu kim loại có thể tùy chỉnh, điều chỉnh thành phần và quy trình theo nhu cầu, thì việc thiết kế phần cứng robot sẽ thuận tiện hơn rất nhiều.

Anh chống cằm bằng tay trái, ngón tay phải vô thức chấm lên tờ giấy kẻ ô, để lại một chấm mực nhỏ.

Không chỉ robot.

Mảng anten siêu bề mặt của áo tàng hình sử dụng khuôn niken làm khuôn in. Độ cứng đủ, nhưng độ chống mài mòn kém. Sau vài trăm lần in, những góc cạnh răng cưa của khuôn sẽ xuất hiện mài mòn cấp độ micromet, buộc phải làm khuôn mới. Nếu có một loại kim loại mới vừa siêu cứng vừa có đặc tính tự bôi trơn, tuổi thọ khuôn sẽ tăng lên vài bậc, hiệu suất sản xuất hàng loạt cũng tăng vọt.

Và cả những hợp kim chịu nhiệt mà anh từng thấy tại Viện Khoa học Vũ trụ—vật liệu thành vách buồng đốt động cơ tên lửa phải chịu sự xối xả khí nóng trên ba nghìn độ. Các hợp kim niobi và wolfram hiện có đủ điểm nóng chảy, nhưng tuổi thọ trong môi trường oxy hóa nhiệt độ cao vẫn luôn là vấn đề nan giải.

Robot, áo tàng hình, động cơ hàng không.

Ba lĩnh vực hoàn toàn khác biệt, ba bài toán kỹ thuật tưởng chừng chẳng liên quan gì đến nhau, cuối cùng đều bị mắc kẹt ở cùng một điểm thắt.

Anh ấy cần một công cụ có thể giải quyết triệt để vấn đề thiết kế vật liệu ngay từ gốc rễ.

Không phải cải tiến một loại vật liệu nào đó, mà là xây dựng một khuôn khổ tính toán phổ quát, có thể xuất phát từ cấp độ nguyên tử, trực tiếp thiết kế ngược vật liệu kim loại.

Chỉ cần đưa ra yêu cầu về tính năng mong muốn, hệ thống có thể tính ngược lại tổ hợp thành phần tối ưu và quy trình chế tạo.

Ý tưởng vừa lóe lên, những mảnh kiến thức rời rạc trong đầu anh ấy liền bắt đầu tự động ghép nối lại với nhau.

Các phương pháp thiết kế vật liệu hiện có, dù là tính toán từ nguyên lý đầu tiên hay mô phỏng động lực học phân tử, về bản chất đều là dự đoán tính năng dựa trên thành phần và quy trình đã biết.

Sau khi dự đoán xong, con người sẽ dựa vào kết quả để đánh giá hướng nào tốt hơn, rồi điều chỉnh thông số thủ công để chạy vòng tiếp theo.

Toàn bộ quy trình từ thiết kế khái niệm đến khi có mẫu khả dụng, trung bình mất từ mười đến mười lăm năm.

Đương nhiên không phải vì tính toán chậm, thời gian chủ yếu bị lãng phí vào việc lựa chọn phương hướng.

Bởi lẽ không thể đảm bảo lựa chọn đầu tiên của mình lúc nào cũng đúng.

Và một khi phương hướng sai, phải chọn lại từ đầu, quá trình này tốn bao nhiêu thời gian chẳng hề ít, một thí nghiệm có khi mất vài năm trời.

Những năm tháng vàng son quý giá của nhà nghiên cứu, liệu có thể làm được bao nhiêu thí nghiệm?

Vì thế, đôi khi lựa chọn đúng phương hướng còn quan trọng hơn cả sự kiên trì.

Tiêu Tú nghĩ đi nghĩ lại, có lẽ cũng giống như lần anh ấy xây dựng khuôn khổ hình học Cổ Tân, có thể thiết kế lại một mô hình tính toán, giúp toàn bộ hệ thống mô phỏng vật liệu thoát khỏi sự ràng buộc vốn có của vòng lặp thuận, trực tiếp xây dựng con đường giải ngược từ chỉ số tính năng vĩ mô khóa chặt cấu hình vi mô nguyên tử, tỷ lệ thành phần và quy trình gia công.

Tuy nhiên, độ khó của giải pháp ngược và vòng lặp thuận hoàn toàn không nằm cùng một cấp độ.

Tính năng của vật liệu kim loại do nhiều cấp độ cấu trúc quyết định, tầng thấp nhất là cấu trúc điện tử, phía trên là cấu trúc tinh thể, tiếp đến là tổ chức vi mô, cuối cùng mới là tính năng phục vụ vĩ mô.

Độ bền, độ dai, giới hạn mỏi, tốc độ biến dạng từ, khả năng chống oxy hóa, không có chỉ số nào là độc lập.

Mật độ biên giới hạt tăng cao thì độ bền tăng lên, không gian trượt của lệch giảm đi, độ dai tụt xuống.

Khả năng chống oxy hóa nhờ crom và nhôm hình thành màng oxit trên bề mặt, lớp màng này thật sự có thể ngăn oxy khuếch tán vào bên trong, nhưng bản thân nó lại giòn, dưới ứng suất cao sẽ nứt vỡ bong tróc.

Đây chính là hiệu ứng "bập bênh" kinh điển nhất trong khoa học vật liệu, nhấn đầu này nhấc đầu kia, một tính năng tăng lên thì tính năng kia đương nhiên phải giảm xuống.

Muốn tất cả đều đạt hiệu quả tối ưu, quả thật quá khó.

Hơn nữa, chiều biến thiên của biến số quá cao.

Một hệ hợp kim bốn nguyên tố, tính luôn tỷ lệ thành phần, đường cong nhiệt luyện, tham số gia công biến dạng, những biến số cần tối ưu thoải mái vượt quá ba con số.

Mối quan hệ giữa những biến số này phi tuyến tính, đa đỉnh, tồn tại vô số cực tiểu cục bộ, các thuật toán hạ dốc gradient hay di truyền truyền thống chạy trên địa hình này, mười cái có đến chín cái rơi vào hố không thể thoát ra.

Nghĩ đến đây, Tiêu Tú bỗng dừng lại.

Có lẽ, cũng không phải không có cách.

Trong tay anh ấy, hiện có một chiếc chìa khóa sẵn sàng.