Công nghệ mới này đang được tích hợp vào phiên bản nguyên mẫu của tủ lạnh, với dung tích đủ để chứa một chiếc chai nhỏ. Nguyên lý hoạt động của công nghệ này cực kỳ đơn giản: Nhiệt sẽ bị loại bỏ bằng cách kéo căng và nới lỏng trở lại một số đoạn dây làm bằng hợp kim nhớ hình nitinol siêu đàn hồi - chính là các cơ nhân tạo, những đoạn dây này sẽ hấp thụ nhiệt trong buồng làm mát và giải phóng chúng ra môi trường bên ngoài.

Hiệu suất của vật liệu nhiệt đàn hồi cao hơn mười lần so với hệ thống điều hòa không khí hoặc tủ lạnh hiện hành. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và Ủy ban châu Âu (EC) đã tuyên bố công nghệ làm mát này là giải pháp thay thế đáng kỳ vọng nhất trong các kỹ thuật đang có ngày nay.

 Phiên bản đầu tiên của chiếc tủ lạnh. Ảnh: Oliver Dietze

Giáo sư Stefan Seelecke, người thực hiện nghiên cứu tại Đại học Saarland và Trung tâm Cơ điện tử và Công nghệ tự động hóa Saarbrücken (ZeMa), cho biết: “Quy trình nhiệt đàn hồi của chúng tôi có khả năng đạt được chênh lệch nhiệt độ khoảng 20 độ C theo cách tiết kiệm năng lượng hơn hẳn so với các công nghệ thông thường hiện nay mà không cần sử dụng chất làm lạnh gây hại cho khí hậu”.

Để truyền nhiệt, các nhà nghiên cứu áp dụng “siêu năng lực” đặc biệt của cơ nhân tạo làm từ nitinol: nhớ hình dạng. Những dây làm bằng hợp kim này ghi nhớ hình dạng ban đầu và trở lại hình dạng cũ sau khi chúng bị thay đổi hoặc kéo căng, tương tự với nguyên lý hoạt động của cơ bắp. Điều này diễn ra dựa vào đặc tính của nitinol, chất này có hai mạng tinh thể – hai pha có thể chuyển đổi lẫn nhau. Không giống như nước, có các pha rắn, lỏng và khí, cả hai pha của nitinol đều ở dạng rắn.

Trong quá trình chuyển pha của cấu trúc tinh thể, các dây sẽ hấp thụ nhiệt và giải phóng nhiệt trở lại. Paul Motzki, giáo sư tại Đại học Saarland và ZeMa, chủ nhiệm nhóm nghiên cứu Hệ thống Vật liệu Thông minh, cho biết, vật liệu nhớ hình giải phóng nhiệt khi nó bị kéo căng ở trạng thái siêu đàn hồi và hấp thụ nhiệt khi nó được thả lỏng. Hiệu ứng sẽ tăng lên nếu nhiều dây được bó lại với nhau, tạo ra diện tích bề mặt lớn hơn giúp chúng hấp thụ và tỏa nhiều nhiệt hơn.

Mặc dù nguyên lý đơn giản nhưng các vấn đề đặt ra trong việc xây dựng mạch làm mát lại rất phức tạp. Trong chiếc tủ lạnh mini nguyên mẫu mà nhóm nghiên cứu hiện đang trưng bày ở Hannover, một bộ truyền động cam được thiết kế đặc biệt liên tục quay các bó dây nitinol mỏng có độ dày 200 micron xung quanh buồng làm mát hình tròn.

Học viên tiến sĩ Lukas Ehl giải thích, khi di chuyển theo vòng tròn, bó dây sẽ được tải cơ ở một bên, tức là bên còn lại bị kéo căng và không tải. Đầu tiên, không khí được dẫn qua các bó quay vào buồng làm mát, nơi cuộn dây nitinol được nới lỏng và hấp thụ nhiệt. Tại đây, không khí lưu thông liên tục xung quanh các dây. Trong quá trình quay, bó dây sau khi bị kéo căng sẽ truyền nhiệt ra khỏi buồng làm mát và giải phóng nhiệt ra bên ngoài.

Với buồng làm mát nhỏ, công nghệ này vẫn có thể giải phóng nhiệt từ những không gian lớn, không chỉ vậy, nó cũng có khả năng cung cấp nhiệt, đem lại những ứng dụng trong việc sưởi ấm. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, tình trạng thiếu năng lượng, nhu cầu làm mát và sưởi ấm ngày càng tăng, quy trình này là một giải pháp đầy hứa hẹn cho tương lai.

Chiếc tủ lạnh mới chỉ là bước khởi đầu, các nhà nghiên cứu muốn cải tiến những tiềm năng của nhiệt lượng đàn hồi trên phạm vi ứng dụng rộng lớn hơn như làm mát công nghiệp, làm mát xe điện cũng như các thiết bị gia dụng khác.