Các nhà khoa học của Đại học Harvard phát triển thiết bị cảm biến siêu nhạy, tăng cường khả năng đàn hồi
Ảnh của Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A.Paulson
Các nhà khoa học của Đại học Harvard đã phát triển một cảm biến dạng siêu nhạy, có khả năng đàn hồi, được tích hợp vào các sản phẩm dệt may và các hệ thống robot mềm. Không giống như các các thiết bị cảm biến co giãn có độ nhạy cao hiện nay cần tích hợp trên những vật liệu mới, cảm biến này không yêu cầu kĩ thuật sản xuất đặc biệt, nó có thể làm bằng bất kì vật liệu dẫn điện nào. Nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà khoa học từ Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A Paulson và Viện Kĩ thuật Sinh học Wyss. Nghiên cứu trên đã được được công bố trên tạp chí Nature.
Nghiên cứu này đã được tài trợ thông qua Hợp tác nghiên cứu chiến lược của Trường Đại học với Tata. Hợp tác kéo dài 6 năm trị giá 8,4 triệu đô thành lập vào năm 2016 nhằm thúc đẩy sự đổi mới của Harvard trong các lĩnh vực bao gồm robot, công nghệ sản xuất các thiết bị cầm tay và internet vạn vật (IoT). Oluwaseun Araromi Oluwaseun Araromi – cộng sự nghiên cứu về Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật Cơ khí tại SEAS và Viện Wyss, đồng thời là tác giả đầu tiên của bài báo cho biết. “Vấn đề là chúng tôi đang nghiên cứu trong mô hình oxymoronic – các cảm biến có độ nhạy cao thường rất mỏng manh và các cảm biến bền chắc thì thường độ nhạy không cao. Vì vậy, chúng tôi cần phải tìm ra các cơ chế hoạt động của thiêt bị cảm biến có thể đáp ứng đủ yêu cầu độ nhạy và bền bỉ.
Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một thiết kế trông và hoạt động rất giống Slinky.
Araromi cho biết: “Slinky là một hình trụ rắn bằng kim loại cứng nhưng nếu bạn tạo hình nó thành hình xoắn ốc, nó sẽ có thể co giãn được. Về cơ bản đó là những gì chúng tôi đã làm ở đây. Chúng tôi bắt đầu với một vật liệu dạng khối cứng, cụ thể là sợi carbon, được tạo mẫu theo hình dạng cấu trúc để co giãn được”
Mô hình này giống như đường xoắn uốn khúc, với sự chuyển động của một con rắn đang bò. Sau đó, các mẫu sợi carbon dẫn điện này được kẹp giữa hai lớp nền đàn hồi đã được căng sẵn.
Độ dẫn điện tổng thể của cảm biến thay đổi khi các cạnh của sợi carbon tiếp xúc với nhau, tương tự như cách các đường xoắn ốc riêng lẻ của một sợi slinky tiếp xúc với nhau khi cả hai đầu được kéo. Quá trình này xảy ra ngay cả khi chịu một lực nhỏ tác động, đây là chìa khóa cho độ nhạy cao của cảm biến.
Không giống như các cảm biến co giãn có độ nhạy cao hiện nay, dựa trên các vật liệu độc đáo như silicon hoặc dây nano vàng, cảm biến này không yêu cầu kỹ thuật sản xuất đặc biệt hoặc thậm chí là phòng sạch. Nó có thể được làm bằng bất kỳ vật liệu dẫn điện nào.
Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra khả năng phục hồi của cảm biến bằng cách dùng dao đâm, búa đập, hoặc cho ô tô chạy qua hay bỏ nó vào máy giặt mười lần. Thiết bị cảm biến này đã không hề bị hư tổn sau mỗi lần kiểm tra.
Để chứng minh độ nhạy của nó, các nhà nghiên cứu đã đưa cảm biến vào tay áo và yêu cầu một người tham gia thực hiện các động tác của tay khác nhau bao gồm nắm, mở lòng bàn tay và các chuyển động xoắn, vặn. Các cảm biến đã phát hiện những thay đổi nhỏ trong cơ bắp tay phía trước của người mặc thông qua lớp vải và một thuật toán máy có thể phân loại thành công những cử chỉ này.
Araromi cho biết: “Những đặc điểm về khả năng phục hồi và độ bền cơ học đã đưa cảm biến này vào một lĩnh vực hoàn toàn mới”. Một thiết bị như vậy có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, từ mô phỏng thực tế ảo và quần áo thể thao đến chẩn đoán lâm sàng các bệnh thoái hóa thần kinh như bệnh Parkinson. Văn phòng Phát triển Công nghệ của Harvard đã đệ trình để bảo vệ tài sản trí tuệ liên quan đến dự án này.
Robert Wood – Giáo sư của Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Charles River tại SEAS và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Sự kết hợp giữa độ nhạy cao và khả năng phục hồi là những lợi ích rõ ràng của loại cảm biến này. Nhưng một khía cạnh khác tạo nên sự khác biệt của công nghệ này là chi phí thấp của vật liệu cấu thành và phương pháp lắp ráp. Điều này hy vọng sẽ giảm bớt các rào cản để đưa công nghệ này phổ biến rộng rãi trong hàng dệt may thông minh và hơn thế nữa ”.
Conor Walsh, – Giáo sư của Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng tại SEAS và là đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi hiện đang khám phá cách thức cảm biến này có thể được tích hợp vào quần áo do giao diện thân thiện với cơ thể người mà nó mang lại. Điều này sẽ thật thú vị khi các ứng dụng mới có thể thực hiện các phép đo sinh lý và cơ sinh học trong suốt một ngày hoạt động của con người, điều này không thể thực hiện được với các phương pháp hiện tại”.
Theo Bản tin Fibre2Fashion (SV)
https://www.technicaltextile.net/news/harvard-team-develops-ultra-sensitive-resilient-sensor-270977.html
Nguời dịch: Nguyễn Thị Hồng Liên