Da điện tử theo dõi sức khỏe hoạt động bằng mồ hôi

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ California đã tạo ra làn da điện tử được áp trực tiếp lên bề mặt của làn da thật. Da điện tử, được làm từ cao su mềm, dẻo, có thể được gắn các cảm biến theo dõi thông tin như nhịp tim, nhiệt độ cơ thể, lượng đường huyết và các sản phẩm phụ trao đổi chất là các chỉ số về sức khỏe và thậm chí là các tín hiệu thần kinh kiểm soát cơ bắp của chúng ta. Da điện tử hoạt động không cần pin, mà chỉ nhờ có các tế bào nhiên liệu sinh học do mồ hôi, một trong những sản phẩm thải loại từ cơ thể cung cấp.

PGS. Wei Gao, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: "Một trong những thách thức lớn với các loại thiết bị mang theo người này là về nguồn điện. Nhiều người đang sử dụng pin, nhưng điều đó không bền vững. Một số người đã thử dùng pin mặt trời hoặc khai thác điện năng từ chuyển động của con người, nhưng chúng tôi muốn biết: Chúng ta có thể khai thác đủ năng lượng từ mồ hôi để cấp điện cho  thiết bị đeo trên người không? Và câu trả lời là có".

Theo lý giải của nhóm nghiên cứu, mồ hôi của con người chứa hàm lượng cao lactate, hợp chất được tạo ra như một sản phẩm phụ của các quá trình trao đổi chất thông thường, đặc biệt là cơ bắp trong quá trình tập luyện. Các tế bào nhiên liệu được tích hợp vào da điện tử, sẽ hấp thụ lactate đó và kết hợp với oxy từ khí quyển, sản sinh nước và pyruvate, sản phẩm phụ khác của quá trình trao đổi chất. Khi hoạt động, các tế bào nhiên liệu sinh học sản xuất đủ điện để cung cấp cho cảm biến và thiết bị Bluetooth tương tự như thiết bị kết nối điện thoại của bạn với âm thanh nổi trên xe hơi, cho phép da điện tử truyền không dây tín hiệu đọc từ cảm biến.

"Dù giao tiếp trường gần là cách tiếp cận phổ biến đối với nhiều hệ thống điện tử không dùng pin, nhưng nó chỉ có thể được sử dụng để truyền năng lượng và đọc dữ liệu trong một khoảng cách rất ngắn", PGS. Gao nói. "Giao tiếp Bluetooth tiêu thụ năng lượng nhiều hơn nhưng là cách tiếp cận hấp dẫn với khả năng kết nối mở rộng cho các ứng dụng y tế và robot thực tế".

Tạo ra một nguồn năng lượng từ mồ hôi không phải là thách thức duy nhất trong quá trình sản xuất da điện tử, mà nó cũng cần tồn tại trong một thời gian dài với cường độ năng lượng cao nhưng tiêu hao tối thiểu. Các tế bào nhiên liệu sinh học được làm từ các ống nano cacbon được tẩm chất xúc tác bạch kim/coban và lưới composite chứa một loại enzyme phá vỡ lactate. Chúng có thể tạo ra công suất ổn định, liên tục (vài milliwatt trên mỗi cm vuông) trong nhiều ngày trong mồ hôi của con người.

Nhóm nghiên cứu đề ra kế hoạch phát triển nhiều các cảm biến được gắn vào da điện tử để đáp ứng nhiều mục đích. Hệ thống này được kỳ vọng trở thành nền tảng. Ngoài đóng vai trò là bộ cảm biến sinh học đeo trên người, thì hệ thống có thể là giao diện người-máy. Các dấu hiệu quan trọng và thông tin phân tử được thu thập từ nền tảng này, sẽ được sử dụng để thiết kế và tối ưu hóa loại chân giả thế hệ tiếp mới. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science Robotics.

N.P.D (NASATI), theo https://techxplore.com/news/2020-04-electronic-skin-fully-powered-health.html, 22/4/2020