Giáo sư Wei Gao đến từ Viện kỹ thuật California (Caltech) đã phát triển một loại da điện tử (e-skin) có thể theo dõi tình trạng sức khỏe toàn diện bằng cách dán trực tiếp lên bề mặt da người.

Mẫu da điện tử chạy bằng năng lượng mồ hôi. Ảnh: Viện kỹ thuật California.

Lớp da điện tử được làm từ cao su mềm, dẻo và tích hợp các cảm biến theo dõi các thông tin đa dạng về cơ thể như: nhịp tim, nhiệt độ cơ thể, đường huyết và các sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất, thậm chí là cả tín hiệu thần kinh kiểm soát hoạt động của các cơ. Một điểm đặc biệt ở thiết bị này chính là thay vì chạy bằng pin, miếng dán có thể hấp thụ năng lượng sinh học từ chính sản phẩm phụ của cơ thể: mồ hôi.

“Một trong những thách thức chính khi thiết kế các thiết bị đeo như thế này chính là lấy nguồn năng lượng từ đâu….Nhiều người chọn sử dụng pin, song đây không phải là phương án bền vững, và một số còn thử các nguồn năng lượng thay thế như pin mặt trời hoặc năng lượng chuyển hóa từ chuyển động cơ thể.”, ông Gao cho biết.

Mồ hôi người vốn chứa hàm lượng lactat rất cao. Chất này là sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất thông thường của các cơ sinh ra trong quá trình vận động. Các tế bào năng lượng được tích hợp trong da điện tử sẽ hấp thụ lượng lactat này và kết hợp với oxy trong không khí để sản sinh ra nước và pyruvate, một sản phẩm phụ khác của quá trình trao đổi chất. Trong quá trình vận động, các tế bào năng lượng sinh học sẽ sinh ra điện năng đủ để vận hành các cảm biến và các thiết bị kết nối Bluetooth giúp vận chuyển và đọc các chỉ số cơ thể mà miếng dán thu được. Kết nối Bluetooth tuy có mức tiêu thụ năng lượng cao song lại là phương pháp tiếp cận lý tưởng nhờ khả năng kết nối rộng rãi với nhiều ứng dụng y học và robot trong thực tế.

Trong quá trình thiết kế phiên bản da điện tử chạy bằng mồ hôi mới, Gao cũng gặp khó khăn trong việc duy trì độ bền của thiết bị. Các tế bào năng lượng sinh học bao gồm làm từ các ống nano cacbon thấm chất xúc tác bạch kim/cô-ban và một tấm lưới chứa enzym phân giải lactat. Nhờ cấu trúc này, thiết bị có thể sản sinh đầu ra năng lượng liên tục và ổn định khoảng một vài miliwatt/ cm2 kéo dài trong nhiều ngày từ mồ hôi người.

Sơ đồ mô tả mạng lưới các tế bào năng lượng sinh học với mạng lưới nhiều a-nốt và ca-tốt khác nhau.

Hiện nhà phát triển đang lên kế hoạch tạo ra nhiều loại cảm biến đa dạng tích hợp với da điện tử để phục vụ nhiều mục đích khác nhau. Ngoài vai trò là một thiết bị đeo cảm biến sinh học, sản phẩm nghiên cứu còn có thể là một giao diện kết hợp người-máy giúp thu thập thông tin để thiết kế và tối ưu hóa các chi giả thế hệ kế tiếp.

Nghiên cứu được đăng tải trên Science Robotics.

Nguồn: https://techxplore.com/news/2020-04-electronic-skin-fully-powered-health.html