Ảnh minh họa: AI

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Aarhus, Đan Mạch, mới đây cho biết đã phát triển một cảm biến mềm sử dụng nước muối và các hạt mang điện để chuyển lực cơ học thành tín hiệu điện. Công nghệ được kỳ vọng góp phần phát triển các chi giả giúp người dùng có thể cảm nhận sự tiếp xúc trong tương lai.

Nghiên cứu do ông Rassoul Tabassian, Phó Giáo sư tại Khoa Cơ khí và Sản xuất, Đại học Aarhus, dẫn dắt, được công bố trên tạp chí Advanced Functional Materials.

Cảm biến có kích thước tương đương một hạt đậu lăng nhỏ. Thiết bị được làm từ chất liệu mềm giống như silicone, chứa các khoang nhỏ được kết nối với nhau bằng một kênh vi mô chứa đầy nước muối.

Khi cảm biến chịu tác động của lực cơ học, chất lỏng và các hạt mang điện bên trong cảm biến dịch chuyển. Sự thay đổi này làm mất cân bằng điện và tạo ra một dòng điện thế yếu, có thể đo bằng các thiết bị trong phòng thí nghiệm.

Cơ chế trên lấy cảm hứng từ cách tế bào cảm giác trên da người phản ứng với tác động cơ học. Trong cơ thể, lực tác động có thể làm mở các kênh trên màng tế bào, cho phép các ion mang điện di chuyển qua và kích hoạt tín hiệu điện truyền theo hệ thần kinh.

Nhóm nghiên cứu cho biết mục tiêu của nhóm không nhằm tái tạo hoàn toàn một tế bào cảm giác mà tập trung mô phỏng một số nguyên lý hoạt động cốt lõi. Theo ông Tabassian, điểm đáng chú ý của công nghệ này nằm ở cách cảm biến tạo ra tín hiệu, thay vì chỉ ở khả năng phát hiện lực.

Bằng cách gắn cảm biến vào đầu ngón tay của một bàn tay giả mềm, nhóm nghiên cứu nhận thấy thiết bị có thể nhận biết khi ngón tay giả bị chạm vào. Mô hình thử nghiệm cũng phát hiện được nhịp đập do dòng máu tại cổ tay.

Kết quả cho thấy cảm biến có thể phản ứng với những kích thích cơ học nhỏ và chuyển chúng thành tín hiệu điện có thể đo được. Tuy nhiên, đây mới là bước đầu trong quá trình phát triển công nghệ phục hồi xúc giác cho người sử dụng chi giả.

Hiện nay, các loại cảm biến trên chi giả có thể phát hiện những tín hiệu tiếp xúc và áp lực, nhưng các thông tin này chưa được truyền trực tiếp đến hệ thần kinh để người dùng cảm nhận như xúc giác tự nhiên.

Theo ông Tabassian, để cảm biến mới có thể kích thích trực tiếp tế bào thần kinh, tín hiệu đầu ra cần đạt khoảng 20 millivolt. Nhóm nghiên cứu hiện chưa thực hiện được việc kích thích trực tiếp hệ thần kinh.

Các nhà khoa học đang tìm cách tăng cường tín hiệu điện do cảm biến tạo ra. Mục tiêu lâu dài là phát triển hệ thống có thể truyền thông tin xúc giác từ chi giả đến não, giúp người dùng nhận biết những tác động lên bộ phận nhân tạo.

Tuy nhiên, công nghệ vẫn ở giai đoạn thử nghiệm ban đầu. Trước khi có thể ứng dụng trên người, thiết bị cần trải qua thêm nhiều nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, trước hết trên động vật.

Các nhà nghiên cứu ước tính sẽ cần thêm nhiều năm để phát triển cảm biến thành một bộ phận của chi giả có khả năng cảm nhận và phản ứng tự nhiên với môi trường. Dù vậy, khả năng chuyển lực chạm thành tín hiệu điện bằng cơ chế lấy cảm hứng từ sinh học có thể mở thêm hướng nghiên cứu cho các hệ thống xúc giác nhân tạo.