Công nghệ tích hợp điện thoại vào… da người

Da điện tử dẻo, mỏng và bền

Điện tử hữu cơ - những thứ làm từ polymer mạch cácbon - mở ra tiềm năng lớn trong việc chế tạo ra loại thiết bị mà chúng ta có thể đeo trên người vì chúng nhẹ và linh hoạt hơn rất nhiều so với thiết bị điện tử bằng silicon và vàng.

Nhưng diode phát quang (OLED) và những thiết bị phát ra ánh sáng hữu cơ thường dễ bị phân hủy trong không khí. Chúng cần lớp bảo vệ dày nên độ dẻo giảm. Song giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Tokyo đã nghĩ ra một biện pháp độc đáo để tạo lớp bảo vệ nhằm giúp các thiết bị điện tử không tiếp xúc với không khí nhưng vẫn đủ mỏng để đảm bảo độ dẻo.

“Da điện tử của chúng tôi có thể bao phủ trực tiếp bề mặt da người, giúp tạo ra chức năng điện tử cho da người” - GS Takao Someya - Đại học Tokyo - phát biểu.

Nhiều loại màn hình điện tử hữu cơ trước đây được làm từ vật liệu có hàm lượng lớn thủy tinh hoặc nhựa, song độ dày của màn hình tỷ lệ nghịch với độ dẻo, nghĩa là màn hình càng dày thì độ dẻo càng thấp. Sau đó, một số loại màn hỉnh mỏng đã ra đời, nhưng lại được chế tạo từ các loại vật liệu có thể phân hủy trong vài giờ nếu tiếp xúc với không khí.

Nhóm của Someya có thể làm tăng tuổi thọ màn hình lên nhiều ngày bằng cách tạo ra màng bảo vệ mỏng (lớp ôxy hóa chống gỉ). Màng này bao gồm nhiều lớp oxynitride silicon (hợp chất vô cơ) và parylene (hợp chất hữu cơ) xen kẽ nhau. Nó ngăn ôxy và hơi nước tiếp xúc với thiết bị nhưng vẫn đảm bảo độ dày của màn hình ở mức 3 micromet (3 phần triệu của mét) cũng như độ dẻo rất cao. Để dễ hình dung, ta chỉ cần biết đường kính của sợi tóc vào khoảng 40 micromet.

Những chất mỏng như thế thường biến dạng một cách dễ dàng bởi nhiệt trong quá trình sản xuất điện cực trong suốt và siêu mỏng.

Những điện cực này kết nối các thành phần của màn hình. Vì thế, sáng tạo thứ hai của Someya và các đồng nghiệp là tối ưu hóa quá trình sản xuất điện cực trong suốt và siêu mỏng để giảm nhiệt tới mức mà vật liệu siêu mỏng không biến dạng.

Tiềm năng to lớn

Someya nói với Live Science rằng da điện tử có thể thay thế điện thoại thông minh trong tương lai.

“Khi bạn mang theo điện thoại iPhone, nó vẫn là thiết bị hơi cồng kềnh. Nhưng khi bạn đeo da điện tử, bạn không cần mang theo bất kỳ thứ gì và bạn có thể nhận thông tin ở mọi nơi, vào mọi lúc một cách dễ dàng” - ông giải thích.

Trong tương lai gần, công nghệ chế tạo da điện tử siêu mỏng có thể được ứng dụng để theo dõi sức khỏe con người - theo Someya.

Để chứng minh tiềm năng của nó, nhóm nghiên cứu tạo ra một thiết bị chứa cả diode phát quang màu đỏ và màu xanh lục cùng một thiết bị cảm nhận ánh sáng có khả năng theo dõi nồng độ ôxy trong máu người. Thiết bị sẽ phát huy tác dụng khi con người dán da điện tử vào ngón tay với băng dính siêu linh hoạt.

Nhóm chuyên gia cũng chế tạo những loại màn hình kỹ thuật số và analog có khả năng dính vào da. Chúng đủ dẻo để có thể biến dạng theo cử động của cơ thể mà không hề mất chức năng chính.

Bằng cách áp dụng những vật liệu và quy trình đang tồn tại trong hoạt động sản xuất màn hình OLED, da điện tử có thể trở thành sản phẩm được sản xuất với quy mô công nghiệp.

Hyun Hyub Ko - Giáo sư bộ môn cơ khí hóa chất của Viện Khoa học và Công nghệ quốc gia Ulsan tại Hàn Quốc - cũng nhận định, phương pháp của Đại học Tokyo có thể được áp dụng để sản xuất hàng loạt da điện tử.

“Tạo ra lớp màng bảo vệ siêu mỏng và dẻo là một thách thức lớn. Quá trình chế tạo của họ bao gồm việc phủ lớp dung dịch và lắng đọng hơi hóa học. Do đó, họ có thể mở rộng quy mô để chế tạo những sản phẩm thương mại” - ông Ko nói.

Da điện tử dành cho robot

Trước khi nhóm nghiên cứu của Đại học Tokyo phát minh loại da điện tử rất tiềm năng với con người, từ năm 2013 một nhóm chuyên gia của Đại học California (Mỹ) đã phát minh loại da điện tử tiềm năng đối với robot. Vật liệu này hắt sáng khi một vật chạm vào nó. Lực chạm càng lớn, ánh sáng càng mạnh.

Ali Javey - trưởng nhóm nghiên cứu - cùng các cộng sự đã chế tạo loại da điện tử tương tác với sự đụng chạm bằng cách đặt các bóng bán dẫn có kích thước cỡ nano lên những miếng caosu mỏng.

Theo nhóm nghiên cứu, da điện tử của họ không chỉ làm tăng độ nhạy của robot đối với các lực tác động từ bên ngoài mà còn có thể giúp con người chế tạo những loại giấy dán tường có chức năng giống màn hình tivi, hay bảng đồng hồ cho phép tài xế thay đổi các chỉ số bằng thao tác vẫy tay.