Bạn đang băn khoăc làm thế nào để quần áo mua về bền hơn và luôn như mới? Với vải dệt cảm biến thông minh, điều này dễ dàng hơn bạn nghĩ rất nhiều.

Chắc hẳn bạn đã mặc đi mặc lại chiếc áo thun yêu thích hàng trăm lần, cùng vô số lần giặt giũ, dây bẩn, làm nhăn nhúm, kéo giãn, thậm chí suýt làm cháy sém.

Các nhà nghiên cứu từ Trường Khoa học Kỹ thuật Ứng dụng Harvard John A. Paulson và Viện Kỹ thuật Lấy cảm hứng Sinh học Wyss đã phát triển một cảm biến siêu nhạy với tính năng đàn hồi ưu việt, có thể được ứng dụng vào sản xuất vải dệt và các hệ thống soft robotics.

Cận cảnh các sợi carbon dẫn điện trên cảm biến. Ảnh: James Weaver/Harvard SEAS.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature.

Oluwaseun Araromi, Nghiên cứu viên về Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật Cơ khí tại SEAS và Viện Wyss, đồng thời là tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Các máy đo độ biến dạng hiện nay tuy nhạy nhưng còn khá yếu. Các cảm biến có độ nhạy cao thường rất yếu, ngược lại các cảm biến mạnh thường không nhạy lắm. Vì vậy, chúng tôi cần tìm ra một cảm biến có đầy đủ cả hai yếu tố: mạnh và nhạy.”

Vì thế, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một cảm biến có vẻ ngoài và cơ chế hoạt động giống như lò xo Slinky, một món đồ chơi được cả người lớn và trẻ em ưa thích.

Araromi cho biết: “Slinky là một hình trụ rắn bằng kim loại cứng nhưng nếu được tạo thành hình xoắn ốc, nó sẽ có thể co giãn được. Về cơ bản, cảm biến của chúng tôi cũng tương tự như vậy. Chúng tôi bắt đầu với một khối vật liệu cứng, trong trường hợp này là sợi carbon, và điều chỉnh thiết kế để vật liệu có thể co giãn được.”

Mô hình này có hình dáng như xoắn ốc. Sau đó, các sợi carbon dẫn điện có hoa văn được kẹp giữa hai chất nền đàn hồi đã được nung trước.

Độ dẫn điện của cảm biến thay đổi khi các cạnh của sợi carbon có hoa văn tiếp xúc với nhau, tương tự như cách mà các đường xoắn ốc riêng lẻ của một bộ cảm biến tiếp xúc với nhau khi bạn kéo cả hai đầu. Quá trình này xảy ra ngay cả với lực căng rất nhỏ, giúp cảm biến có độ nhạy cao hơn.

Nếu như các cảm biến co giãn được và có độ nhạy cao hiện nay được làm từ các vật liệu đặc biệt như silicon hoặc dây nano vàng, thì cảm biến này có thể được làm bằng bất kỳ vật liệu dẫn điện nào, không yêu cầu kỹ thuật sản xuất đặc biệt, thậm chí là phòng sạch.

Cảm biến biến dạng đàn hồi siêu nhạy này có thể được nhúng vào vải dệt và các hệ thống soft robotics. Ảnh: Oluwaseun Araromi / Harvard SEAS.

Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra khả năng phục hồi của cảm biến bằng cách dùng các vật dụng như dao phẫu thuật, búa đập, ô tô và máy giặt tác động lên. Sau nhiều lần thử nghiệm, cảm biến vẫn hoàn toàn nguyên vẹn.

Để chứng minh độ nhạy của cảm biến, các nhà nghiên cứu đã nhúng cảm biến vào ống tay áo và yêu cầu một người tham gia thực hiện các hành động như nắm, mở lòng bàn tay và véo tay. Các cảm biến phát hiện được những thay đổi nhỏ trong cơ bắp tay trước của người thử nghiệm thông qua vải và một thuật toán machine learning có thể xác định thành công những cử chỉ này.

Araromi cho biết: “Những đặc điểm về khả năng phục hồi và độ bền cơ học này đã đưa cảm biến này lên một tầm cao mới.”

Trong tương lai, vải dệt gắn cảm biến có thể được sử dụng trong mọi lĩnh vực, từ mô phỏng thực tế ảo, sản xuất quần áo thể thao đến chẩn đoán lâm sàng cho các bệnh thoái hóa thần kinh như Bệnh Parkinson.

Ống tay áo có gắn các cảm biến. Ảnh: Oluwaseun Araromi/Harvard SEAS.

Văn phòng Phát triển Công nghệ của Harvard đã nộp đơn đăng ký quyền sở hữu trí tuệ cho cảm biến này.

Giáo sư Robert Wood tại Đại học Khoa học Kỹ thuật Ứng dụng, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Sự kết hợp giữa độ nhạy cao và khả năng phục hồi là những lợi ích rõ ràng của loại cảm biến này. Tuy nhiên, một điều đặc biệt khiến cảm biến của chúng tôi khác biệt là chi phí dành cho vật liệu và lắp ráp thấp. Điều này hy vọng sẽ giúp đưa công nghệ trở nên phổ biến rộng rãi trong lĩnh vực dệt may thông minh và hơn thế nữa.”

Giáo sư Conor Walsh, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi đang tìm hiểu cách cảm biến này có thể được tích hợp vào quần áo do tiếp xúc gần gũi với cơ thể người dùng. Điều này giúp mở ra một tiềm năng mới, giúp các nhà khoa học đo được các chỉ số sinh học và sinh lý trong suốt một ngày hoạt động của người dùng.”

Theo Tech Xplore

Tin liên quan: