Cá 3D từ nguyên liệu gel đạn đạo do Phòng thí nghiệm Quốc Gia Oak Ridge phát triển.

Có nhiều yếu tố để đánh giá tác động của hệ thống thủy điện lên cá, bao gồm tốc độ, độ dày và góc của cánh quạt, ngoài ra còn yếu tố về kích thước và vị trí trọng tâm của cá. Vì vậy, Các nhà khoa học quyết định tạo ra các con cá thử nghiệm nhằm tìm hiểu về lực từ cánh quạt turbine và tạo ra nhiều điểm dữ liệu cho việc phân tích.

Nguyên liệu để cấu tạo nên các con cá thử nghiệm sao cho giống với một con cá thật ngoài đời là loại gel đạn đạo. Gel này ban đầu được phát triển cho các mục đích quân sự, sử dụng để tái hiện mô cơ thông qua khả năng thay đổi mật độ cấu trúc của gel.

Để tạo khuôn cho nhiều loài cá khác nhau, các nhà nghiên cứu đã sử dụng máy in 3D tại hệ thống mô phỏng dây chuyền sản xuất (MDF), cơ sở do Bộ Năng Lượng chỉ định tại ORNL. Các nhà nghiên cứu đem cá đến hệ thống mô phỏng để quét bằng laze, sau đó các đường viền thu được trên máy tính sẽ được xử lý bằng phần mềm thiết kế và in 3D thành khuôn cho từng con cá cho thử nghiệm.

Brain Post, người đứng đầu MDF, nhận xét in 3D khuôn cá là một phương pháp nhanh, chi phí thấp, tạo điều kiện cho phép tạo nhiều mô hình cá trong một thời gian ngắn. Post giải thích: “Mỗi loài cá có hình thái khác nhau, vì vậy việc tạo khuôn cho mỗi loài cá giúp chúng tôi ghi chép lại được sự khác biệt đấy. Việc tạo khuôn mẫu cho từng cá thể cá khá dễ dàng so với các phương pháp tạo khuôn thông thường, bình thường sẽ tốn thời gian để tháo mô hình ra khỏi một khối vật liệu”.

Các nhà khoa học môi trường đã trộn gel đạn đạo và dầu quế (một chất kháng khuẩn giá rẻ) sau đó đổ hỗn hợp vào khuôn và để gel đông lại tạo mô hình cá. Mô hình cá sau đó được kiểm tra độ mềm sao cho giống cá thật nhất có thể. Sau đó, cá sẽ được phủ một lớp sơn giống nhựa để giúp cứng hơn, tái hiện tính chất của da và vảy cá.

Các cảm biến được gắn vào bên trong mô hình để đo gia tốc và lực G trong hệ thống mô phỏng turbine ở ba chiều. Máy đo biến dạng cũng được sử dụng để xác định sự co dãn bên trong và bên ngoài từ mô phỏng tác động.

Các nghiên cứu được đưa ra để phát triển mô hình, bao gồm tăng tốc độ phản hồi nhằm đưa ra các dữ liệu với độ phân giải cao hơn, cũng như tiến bộ trong việc trích xuất và phân tích dữ liệu. Cho đến nay, mô hình của bốn loài cá: cá hồi cầu vồng (rainbow trout), cá mang xanh (bluegill), cá trích (shad) và cá vược (bass) đã được xây dựng và thử nghiệm.

“Tái hiện đặc tính sinh học là điều khó”, Saylor nhấn mạnh. “Chúng tôi cố gắng để đạt được sự chính xác nhất có thể để tạo một mô hình mà không cần sử dụng các thiết bị chuyên dụng, tránh việc tăng chi phí”.