Lớp da nhân tạo này không chỉ nhẹ, trong suốt và thoáng khí, mà còn mô phỏng sự tương tác giữa da thật và bộ não con người. Kết quả nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Nature Communications.
Da điện tử từ cảm biến trong suốt cho khả năng cảm biến liên tục trên diện rộng (nguồn: P. Makushko/HZDR).
Nhẹ, linh hoạt và thông minh hơn
Vốn được phát triển cho lĩnh vực robot, da điện tử mô phỏng đặc tính của da thật, mang lại cho robot khả năng cảm nhận xúc giác hoặc thay thế các giác quan bị mất ở con người. Một số loại da điện tử thậm chí có thể phát hiện hóa chất hoặc từ trường. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn còn nhiều hạn chế. Những lớp da điện tử có nhiều chức năng thường cồng kềnh do phải sử dụng hệ thống điện tử phức tạp và pin lớn.
Tác giả của nghiên cứu cho biết, trước đây, các công nghệ da điện tử cần nhiều cảm biến và bóng bán dẫn riêng lẻ để xác định vị trí của nguồn từ trường, tương tự như cách màn hình cảm ứng trên điện thoại thông minh hoạt động. Họ muốn phát triển một hệ thống tiết kiệm năng lượng hơn, giống như làn da mềm mại của con người và phù hợp hơn với ứng dụng trên cơ thể. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã thay thế các lớp nền cứng và cồng kềnh bằng một màng siêu mỏng, nhẹ và linh hoạt, chỉ dày vài micromet. Toàn bộ màng này trong suốt về mặt quang học và có cấu trúc đục lỗ, giúp da nhân tạo thoáng khí và không cản trở quá trình hô hấp của da thật bên dưới.
Do kích thước siêu mỏng, lớp màng chỉ có thể chứa một số lượng hạn chế linh kiện điện tử. Vì vậy, các nhà khoa học đã phát triển một lớp chức năng từ tính hoạt động như một cảm biến toàn diện, có thể xác định chính xác vị trí của tín hiệu từ. Khi từ trường thay đổi điện trở của vật liệu, một bộ xử lý trung tâm sẽ tính toán vị trí tín hiệu dựa trên những thay đổi đó. Điều này không chỉ giúp mô phỏng chức năng của da thật mà còn tiết kiệm năng lượng đáng kể.
Da nhân tạo mang lại trải nghiệm cảm giác gần giống con người
Pavlo Makushko - tác giả chính của nghiên cứu cho biết, những lớp da điện tử thông minh có khả năng cảm nhận từ trường trên diện rộng như thế này là một bước tiến hoàn toàn mới. Về nguyên tắc, da điện tử hiện hoạt động giống cơ thể con người hơn. Bất kể chạm vào đâu trên da, tín hiệu đều truyền qua hệ thần kinh đến não để xử lý và xác định điểm tiếp xúc. Lớp da điện tử này cũng có một bề mặt cảm biến toàn diện giống như da người và chỉ cần một bộ xử lý trung tâm để tái tạo tín hiệu, giống như bộ não con người.
Công nghệ này được thực hiện nhờ vào kỹ thuật chụp cắt lớp (tomography), một phương pháp cũng được sử dụng trong chụp cộng hưởng từ (MRI) hoặc chụp cắt lớp vi tính (CT) y khoa, nó có thể tái tạo vị trí của tín hiệu từ một loạt hình ảnh riêng lẻ. Trước đây, phương pháp này bị cho là quá nhạy cảm đối với các vật liệu từ tính thông thường. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã chứng minh được tính khả thi của kỹ thuật này qua thực nghiệm, đánh dấu một bước tiến lớn trong lĩnh vực da điện tử.
Cảm nhận môi trường thông qua từ trường
Nhờ khả năng theo dõi tín hiệu liên tục, lớp da điện tử mới có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: nhận diện chữ viết bằng bút từ, tương tác không chạm trong thực tế ảo hoặc vận hành điện thoại thông minh trong điều kiện khắc nghiệt, thậm chí cả khi lặn dưới nước. Đáng chú ý, đối tượng sử dụng da nhân tạo có khả năng cảm nhận từ trường không chỉ giới hạn ở con người mà còn có thể là máy móc.
Bên cạnh đó, cảm biến từ trường ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu hơn so với các thiết bị điện tử thông thường. Hệ thống robot có thể sử dụng công nghệ này để phát hiện chuyển động ngay cả trong môi trường phức tạp, nơi các phương pháp khác không hiệu quả. Chẳng hạn vào mùa đông, người dùng có thể điều khiển điện thoại thông minh được trang bị cảm biến từ bằng một miếng nam châm gắn trên đầu ngón tay của găng tay mà không bị ảnh hưởng bởi các thiết bị điện tử khác. Mặc dù không hoạt động như một chiếc la bàn, nhưng cảm biến từ mang lại một kênh giao tiếp mới và độc đáo giữa con người và máy móc, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong tương lai.
LB (theo Science Daily)