Trung Quốc chế tạo áo chống đạn lấy cảm hứng từ vảy cá

Nhóm nghiên cứu ở Trường Sa, tỉnh Hồ Nam, phát triển loại áo bảo vệ cơ thể linh hoạt và siêu nhẹ đầu tiên trên thế giới có thể ngăn cản vũ khí xuyên giáp.

Ba lượt đạn cháy xuyên giáp (API) được bắn từ phạm vi bắn thẳng (lên tới 15 m) vào áo giáp vảy sinh học ở tốc độ gấp gần 3 lần vận tốc âm thanh. Không có viên đạn nào xuyên qua được vật liệu tổng hợp, theo nghiên cứu công bố trên tạp chí Acta Materiae Compositae Sinica hôm 5/1. Viên đạn API 7,62 mm ban đầu được phát triển để phá hủy xe tăng. Nó có thể phát nổ bên trong mục tiêu để gây thiệt hại lớn hơn. Sau đó, loại đạn này được dùng để tấn công người mặc đồ bảo hộ.

Sự phân bố áp lực trên áo chống đạn dạng vảy cá do nhóm nghiên cứu Trung Quốc phát triển ở các lớp khác nhau. (Ảnh: Zhu Deju/Đại học Hồ Nam)

Tuy nhiên, khi đâm vào vật liệu áo chống đạn mới, viên đạn làm "bốc hơi" một trong những vảy ceramic siêu cứng và mất phần lớn động năng, biến mất không để lại dấu vết, theo giáo sư khoa học Zhu Deju, người đứng đầu dự án ở khoa kỹ thuật dân sự tại Đại học Hồ Nam. Những viên đạn để lại vết lõm sâu khoảng 20 mm trên lớp cao su phía sau mẫu vật áo chống đạn, chứng tỏ hiệu suất bảo vệ tốt của đồ bảo hộ, Zhu và đồng nghiệp cho biết.

Áo giáp kiểu vảy cá rất phổ biến ở thế giới cổ đại, đặc biệt là các nước phương đông như Trung Quốc và Nhật Bản. Nhưng ứng dụng trong quân đội hiện đại vấp phải nhiều trở ngại. Ví dụ gần đây nhất là Dragon Skin, áo chống đạn kiểu vảy cá do công ty Pinnacle Armour tạo ra vào thập niên 2000, có thể chịu 3 phát đạn từ súng AK-47, theo báo cáo thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Nhưng ngay trước khi ký hợp đồng, quân đội Mỹ phát hiện mẫu áo này có thể bị bắn thủng đột ngột trong môi trường chiến đấu. Công ty ở Australia đóng cửa vào năm 2010 sau nhiều lần thua kiện trước quân đội Mỹ.

Một số lực lượng đặc biệt và nhà thầu dân sự mặc Dragon Skin vì độ linh hoạt và thoải mái của nó. Nhưng không một áo chống đạn nào có thể ngăn được loạt đạn xuyên giáp mà không có miếng ceramic hoặc thép và những miếng này chỉ bảo vệ được một số vùng quan trọng trên cơ thể.

Nhóm nghiên cứu của Zhu cho biết phiên bản áo chống đạn kiểu vảy cá lấy cảm hứng từ cá chép cỏ, một loài cá phổ biến ở Trung Quốc. Cá chép cỏ là động vật bản xứ ở Đông Á và hiện nay là loài cá lớn nhanh nhất thế giới trong nuôi trồng thủy sản. Khả năng sinh tồn của loài này một phần đến từ lớp vảy có tác dụng bảo vệ cao khi bị đâm và cắn, cho phép cá chép cỏ trốn thoát dễ dàng hơn khỏi hàm răng của động vật săn mồi. Vảy của cá chép cỏ bao gồm một lớp xương cứng trên bề mặt và lớp màng đàn hồi rất dai và chắc ở bên dưới. Những vảy này xếp chồng lên nhau theo góc đặc biệt, nhờ đó mỗi chiếc vảy có thể xoay tự do và giúp phân tán lực tác động.

Zhu và cộng sự phân tích vảy của nhiều động vật khác, bao gồm tatu và cá sấu, nhưng phát hiện không loài vật nào có thể sánh với vảy cá chép cỏ về độ linh hoạt và bền chắc. Năm 2020, họ phát triển một loại áo chống đạn mềm có thể chịu đạn súng ngắn. Nhưng chế tạo áo cản đạn xuyên giáp khó khăn hơn nhiều bởi viên đạn có thể xuyên qua tấm chắn nhanh hơn. Sau nhiều thất bại, nhóm nghiên cứu nhận thấy vảy làm từ silicon carbide, một vật liệu cơ bản để sản xuất thiết bị bán dẫn, có hiệu suất tốt nhất.

Hình dáng, độ dày và kiểu xếp chồng lên nhau của những chiếc vảy cần được tính toán bằng mô hình máy tính mạnh, cung cấp kết quả thống nhất và đáng tin cậy với độ chi tiết chưa từng có. Theo thí nghiệm của nhóm nghiên cứu, phát đạn có gây nguy hiểm chí mạng hay không phụ thuộc vào chiếc vảy có bị biến đổi trực tiếp và hoàn toàn thành bột sau khi viên đạn va vào.

Các nhà nghiên cứu phát hiện độ sâu của vệt lõm tăng dần theo số lần bắn. Nhưng họ không tiết lộ cần bắn bao nhiêu phát đạn để đâm xuyên qua vật liệu. Dragon Skin nặng khoảng 2,5 kg. Nhóm nghiên cứu của Zhu không tiết lộ trọng lượng của áo chống đạn hay thông tin chi tiết về loại keo dùng để gắn những chiếc vảy vào áo. Trong môi trường khắc nghiệt như sa mạc, nhiệt độ cao, mồ hôi và chuyển động thường xuyên có thể tác động tới độ bền của keo và khiến vảy trở nên lỏng lẻo. Đây là một trong những lý do khiến Dragon Skin trở thành sản phẩm thất bại, theo quân đội Mỹ.