Các nhà nghiên cứu Thụy Sĩ phát triển sợi vải điện tử

Công nghệ mới có thể được sử dụng để thu thập dữ liệu về cơ thể và cung cấp một loạt ứng dụng, bao gồm cả trong ngành y tế.

Hình ảnh các sợi cảm biến được đặt trên vải

Giáo sư Fabien Sorin và tiến sĩ Andreas Leber tại Phòng thí nghiệm Vật liệu và Thiết bị sợi quang (FIMAP) của Trường Kỹ thuật thuộc Viện Kỹ thuật Liên bang Lausanne (EPFL) hàng đầu Thụy Sĩ đã phát triển công nghệ đặc biệt gọi là sợi điện tử. Khi loại sợi này được tích hợp vào hàng dệt may và bằng cách đo biến dạng vải, chúng ta có thể theo dõi các biến đổi của cơ thể. Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature Electronics.

“Hãy tưởng tượng quần áo hoặc ga trải giường bệnh viện có khả năng theo dõi hơi thở và cử động vật lý của cơ thể, hoặc một loại hàng dệt may được hỗ trợ trí tuệ nhân tạo cho phép con người tương tác an toàn, theo trực giác với robot. Công nghệ sử dụng các đường truyền cảm biến linh hoạt mà chúng tôi đã phát triển có thể thực hiện tất cả những điều này”, ông Leber nói.

Cảm biến duy nhất phát hiện biến dạng vải

Nhóm nghiên cứu đã phát minh ra cảm biến duy nhất có khả năng phát hiện các loại biến dạng vải khác nhau như kéo căng, đè nén và vặn xoắn cùng một lúc. “Tìm ra một phương pháp để tính toán tất cả biến dạng là thách thức lớn nhất của chúng tôi vì thực sự rất khó để các cảm biến đo được nhiều chuyển động cùng một lúc. Ngoài ra, các cảm biến thông thường cũng có một số nhược điểm. Thứ nhất, chúng dễ vỡ và dễ gãy. Thứ hai, bạn phải cần nhiều cảm biến để bao phủ một diện tích lớn, điều này khiến nhiều ưu điểm của vải bị loại bỏ. Và thứ ba, mỗi loại cảm biến thông thường có thể chỉ phát hiện được một loại biến dạng”, ông Leber cho hay.

Tuy nhiên, bằng cách kết hợp các khái niệm từ phép đo phản xạ, hai nhà nghiên cứu Sorin và Leber đã tạo ra cảm biến hình sợi linh hoạt mở ra cánh cửa mới cho hàng dệt thông minh. “Công nghệ của chúng tôi hoạt động tương tự như một radar, nhưng nó phát ra xung điện thay vì sóng điện từ. Các cảm biến hình sợi của chúng tôi hoạt động giống như các đường truyền cho truyền thông tần số cao. Hệ thống này đo khoảng thời gian trung gian khi tín hiệu được gửi đi và khi nhận được, rồi sử dụng dữ liệu đó để xác định chính xác vị trí, loại và cường độ biến dạng”, ông Leber giải thích.

Loại công nghệ phát hiện biến dạng này chưa từng được dùng trong những ứng dụng đòi hỏi tính linh hoạt cơ học cao và hiệu suất điện tử mạnh, hai tính năng chính để nhận biết loại biến dạng.

Kim loại lỏng và sợi quang

Tạo sợi cảm biến là một nhiệm vụ phức tạp liên quan đến kim loại lỏng, vốn có vai trò là dây dẫn, và quá trình chế tạo sợi quang. “Mặc dù cấu trúc của nó chỉ dày vài micromet, nhưng phải thật hoàn hảo, nếu không nó sẽ không hoạt động”, ông Leber nói.

Với sự có mặt của các sợi này, toàn bộ bề mặt vải trở thành một cảm biến lớn. Theo Giáo sư Sorin, bí quyết ở đây nằm ở việc tạo ra các đường truyền được làm hoàn toàn bằng vật liệu linh hoạt, đồng thời áp dụng phương pháp đơn giản có khả năng tăng quy mô dễ dàng. Nghiên cứu của nhóm được thực hiện trên một loạt quy luật của nhiều lĩnh vực bao gồm kỹ thuật điện, cơ khí, khoa học vật liệu và kỹ thuật xử lý. Bước tiếp theo nhóm Giáo sư Sorin hướng đến là làm cho công nghệ mới trở nên linh hoạt hơn bằng cách thu nhỏ linh kiện điện tử.