Bắt chước loài sứa, chế tạo thành công da điện tử chống thấm nước, có thể tự tái tạo

Một nhóm các nhà khoa học đến từ Đại học Quốc gia Singapore (NUS) đã lấy cảm hứng từ động vật không xương sống dưới nước, ví dụ loài sứa, để tạo ra một lớp da điện tử có chức năng y hệt. Các đặc tính bắt chước loài sứa bao gồm trong suốt, co giãn được, nhạy cảm ứng, tự tái tạo trong môi trường dưới nước.

Assistant Professor (tạm dịch: Giáo sư dự khuyết) Benjamin Tee cùng đội ngũ Khoa Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật của Trường chuyên ngành Kỹ thuật NUS đã phát triển vật liệu mới, hợp tác cùng Đại học Thanh Hoa, Đại học California Riverside. Nhóm tám nhà nghiên cứu đã dành hơn một năm để phát triển vật liệu và thành quả đó lần đầu tiên được báo cáo trên tạp chí Nature Electronics vào ngày 15 tháng 2 năm 2019.

Vật liệu tái tạo, trong suốt, không thấm nước cho khả năng ứng dụng rộng rãi

Giáo sư dự khuyếtBenjamin Tee (hàng sau, đầu tiên bên phải) cùng nhóm nghiên cứu

Benjamin Tee đã làm việc với vật liệu da điện tử được nhiều năm, ngay từ năm 2012 khi anh phát triển cảm biến da điện tử đầu tiên. Với kinh nghiệm lâu năm, anh đã xác định rõ được những trở ngại mà loại vật liệu này gặp phải. "Một trong những thách thức chính của các loại da điện tử bây giờ là chúng không thể xuyên thấu, cũng như hoạt động kém đi khi bị ướt", anh cho biết. Nhược điểm này khiến chúng khó ứng dụng vào làm thiết bị điện tử, ví dụ màn hình cảm ứng hay sử dụng trong môi trường ẩm.

Anh nói thêm: "Chúng tôi xem xét loài sứa - chúng trong suốt và cảm nhận được trong môi trường ẩm ướt. Vì vậy, chúng tôi tự hỏi làm thế nào để tạo ra một vật liệu nhân tạo, có thể bắt chước bản chất chống thấm nước của loài sứa mà vẫn nhạy cảm với tiếp xúc".

Họ đã thành công trong nỗ lực này bằng cách tạo ra một loại gel bao gồm polymer dựa trên fluorocarbon với chất lỏng ion giàu flo. Khi kết hợp, mạng polymer tương tác với chất lỏng ion thông qua các tương tác ion lưỡng cực đảo ngược rất mạnh, cho phép nó tự phục hồi. Không chỉ vậy, so với các loại phổ biến hiện nay, vật liệu mới có thể duy trì hình dạng ổn định trong cả môi trường nước, axit hoặc kiềm.

Thế hệ robot mềm mới

Da điện tử được tạo thành bằng cách in loại vật liệu mới lên bảng mạch điện tử. Là một vật liệu mềm và có thể co giãn, thuộc tính điện của nó thay đổi khi bị chạm, ấn hoặc kéo căng. "Sau đó, chúng tôi có thể đo lường sự thay đổi này và chuyển nó thành tín hiệu điện đọc được, để tạo ra một loạt các ứng dụng cảm biến khác nhau", Benjamin Tee nói thêm.

Với khả năng chống nước (waterproof), vật liệu mới mở ra cánh cửa chế tạo các loại robot mềm, thiết bị điện tử mới có thể hoạt động trong môi trường ẩm ướt, ví dụ robot lội nước, đồ điện tử kháng nước (water-resistant). Còn ưu điểm tự tái tạo, có thể dùng để giảm tình trạng lãng phí. Anh giải thích: "Hàng triệu tấn rác thải điện tử từ smartphone, máy tính bảng bị hỏng được tạo ra mỗi năm. Chúng tôi hy vọng về một tương lai mà đồ điện tử được làm từ các vật liệu thông minh, có khả năng tự sửa chữa. Qua đó giảm tình trạng lãng phí do không thể tái chế hết".

Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục nghiên cứu nhiều hơn để khám phá vật liệu mới này nhằm cải thiện việc sản xuất đồ điện tử kém thân thiện với môi trường hiện nay.