Việc tạo ra da điện tử có nhiều giác quan rất cần cho nhiều lĩnh vực như phục hồi chức năng, chăm sóc sức khỏe, sản xuất chi giả và robot. Một trong những thành phần quan trọng của công nghệ này là cảm biến áp suất có thể co giãn với khả năng phát hiện nhiều loại va chạm và áp suất. Mới đây, nhóm nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang (POSTECH) và Đại học Ulsan, Hàn Quốc vừa tạo bước đột phá quan trọng khi chế tạo thành công cảm biến áp suất có thể co giãn đa hướng lấy cảm hứng từ da cá sấu.

Cá sấu, loài săn mồi dành phần lớn thời gian ở dưới nước, sở hữu khả năng đáng chú ý là cảm nhận được những con sóng nhỏ và phát hiện hướng của con mồi. Khả năng này có được là nhờ cơ quan cảm giác vô cùng tinh vi và nhạy cảm nằm trên da cá. Cơ quan này bao gồm các nốt sần hình bán cầu được sắp xếp theo một kiểu lặp lại với các rãnh nối nhăn nheo ở giữa. Khi cơ thể cá sấu di chuyển, các rãnh nhăn biến dạng trong khi bộ phận cảm giác không bị ảnh hưởng bởi các biến dạng cơ học, giúp cá sấu duy trì mức độ nhạy cảm đặc biệt với kích thích bên ngoài trong khi bơi hoặc săn mồi dưới nước.

Nhóm nghiên cứu đã mô phỏng thành công cấu trúc và chức năng cơ quan cảm giác của cá sấu để chế tạo cảm biến áp suất co giãn tốt. Nhờ phát minh ra polime đàn hồi hình bán cầu với các rãnh chứa dây nano dài hoặc ngắn, các nhà khoa học đã chế tạo thiết bị hoạt động hiệu quả hơn các cảm biến áp suất hiện có. Trong khi các cảm biến khác mất độ nhạy khi bị biến dạng cơ học, thì cảm biến mới duy trì độ nhạy ngay cả khi bị kéo căng theo một hoặc hai hướng khác nhau.

Nhờ cấu trúc nhăn mịn trên bề mặt, cảm biến có thể duy trì độ nhạy cao với áp suất ngay cả khi bị biến dạng đáng kể. Khi lực cơ học bên ngoài tác động lên, cấu trúc nhăn sẽ mở ra, làm giảm áp lực lên khu vực cảm biến hình bán cầu phát hiện áp suất tác động. Việc giảm ứng suất này cho phép cảm biến duy trì độ nhạy áp suất của nó ngay cả khi bị biến dạng. Kết quả là cảm biến mới có độ nhạy đặc biệt với áp suất, ngay cả khi kéo căng hoàn toàn (100%) theo một hướng và 50% theo hai hướng khác nhau.

Nhóm nghiên cứu đã chế tạo cảm biến áp suất có thể co giãn phù hợp với nhiều loại thiết bị mang theo người với các ứng dụng đa dạng. Để đánh giá hiệu suất của cảm biến, các nhà nghiên cứu đã gắn cảm biến lên cá sấu bằng nhựa và nhấn chìm trong nước. Thật thú vị, cảm biến có thể phát hiện sóng nước nhỏ, mô phỏng thành công khả năng cảm biến của cơ quan cảm giác của cá sấu.

GS. Kilwon Cho, trưởng nhóm nghiên cứu giải thích: “Đây là cảm biến áp suất mang theo người có thể phát hiện áp suất một cách hiệu quả ngay cả khi chịu tác động của lực căng. Cảm biến có thể được sử dụng cho các ứng dụng đa dạng như cảm biến áp suất của chi giả, da điện tử của robot mềm, thực tế ảo (VR), thực tế ảo tăng cường (AR) và giao diện người-máy".

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Small.

N.P.D (NASATI), theo https://techxplore.com/news/2023-03-team-electronic-skin-flexible-crocodile.html, 17/3/2023