Theo thông tin được công bố trên tạp chí khoa học Device, thiết bị được thiết kế hình vuông, nhỏ hơn một chút so với bằng lái xe, có thể gắn lên quần áo hoặc dán trực tiếp lên da. Bên trong miếng dán là một vi điều khiển, viên pin nhỏ và 6 cảm biến có nhiệm vụ theo dõi môi trường xung quanh nhằm phát hiện các mối đe dọa trong không khí và nguồn nước, chẳng hạn khí độc hoặc kim loại nặng.

Khi phát hiện nguy hiểm, một bộ truyền động nhỏ sẽ tạo ra rung động trên da người đeo. Thay vì sử dụng cùng một kiểu cảnh báo cho mọi tình huống, thiết bị tạo ra các chuỗi rung khác nhau tương ứng với từng loại mối nguy. Người dùng vì thế có thể nhận biết cảnh báo mà không cần lấy điện thoại ra kiểm tra.

“Nếu bạn đang tiếp xúc với một chất độc hại, bạn cần biết càng nhanh càng tốt”, ông Erim Uzunoğlu, tác giả chính của nghiên cứu và nghiên cứu sinh tiến sĩ tại NC State, cho biết.

Theo nhóm nghiên cứu, cảnh báo bằng điện thoại có thể không đủ nhanh trong những tình huống nguy hiểm. Điện thoại có thể nằm trong túi, bị để quên hoặc chuyển sang chế độ im lặng. Trong khi đó, tín hiệu rung truyền trực tiếp đến cơ thể có thể giúp người dùng nhận biết mối đe dọa ngay khi nó được phát hiện.

Để các cảnh báo xúc giác đủ rõ ràng nhưng không gây khó chịu, nhóm nghiên cứu thiết kế những bề mặt có cấu trúc dạng gờ nhỏ nằm giữa bộ rung và da. Việc điều chỉnh kích thước, khoảng cách của các gờ giúp thay đổi cảm giác rung, khiến từng tín hiệu trở nên dễ phân biệt hơn, kể cả trong môi trường nhiều tiếng ồn.

Các thử nghiệm ban đầu cho thấy miếng dán có thể phát hiện những chất mục tiêu và kích hoạt kiểu rung tương ứng. Tuy nhiên, người sử dụng vẫn cần được hướng dẫn để ghi nhớ ý nghĩa của từng tín hiệu, đặc biệt tại những nơi làm việc có nhiều loại nguy hiểm.

Một vấn đề khác là thời lượng pin. Để kéo dài thời gian hoạt động, các nhà khoa học tích hợp những tế bào quang điện màng mỏng ở mặt ngoài miếng dán. Các tế bào này thu năng lượng từ ánh sáng để hỗ trợ pin bên trong. Trong thử nghiệm, hệ thống có thể hoạt động khoảng 24 giờ, dù thời gian thực tế còn phụ thuộc vào điều kiện ánh sáng, mức độ hoạt động của cảm biến và cách thiết bị được đeo.

Từ thiết bị đeo đến “giác quan” cho robot

Nhóm nghiên cứu cũng phát triển một phiên bản khác của công nghệ dưới dạng da điện tử (e-skin), giúp robot nhận biết các mối nguy hiểm hóa học.

Trong hệ thống này, miếng dán cảm biến được đặt trên một lớp áp điện. Khi miếng dán rung, chuyển động tạo ra tín hiệu điện mà robot có thể đọc để xác định kiểu cảnh báo. Nhờ đó, robot có thể phản ứng trực tiếp với nguy hiểm mà không cần truyền dữ liệu qua kết nối không dây.

Khi được tích hợp lên robot bốn chân, hệ thống cho phép máy nhận biết các mối nguy hiểm hóa học, thay đổi hướng di chuyển và lựa chọn tuyến đường an toàn hơn. Công nghệ này có thể đặc biệt hữu ích trong những môi trường nguy hiểm đối với con người, như khu vực công nghiệp có nguy cơ rò rỉ hóa chất.

Theo các nhà nghiên cứu, camera và các hệ thống định vị hiện nay giúp robot quan sát môi trường nhưng không phải lúc nào cũng phát hiện được những mối đe dọa vô hình như khí độc. Da điện tử có thể bổ sung một phương thức cảm nhận khác, biến thông tin hóa học thành tín hiệu vật lý để robot phản ứng nhanh hơn.

Hệ thống hiện vẫn ở giai đoạn kiểm chứng khái niệm và cần được thử nghiệm trong nhiều điều kiện khắc nghiệt hơn trước khi có thể triển khai cho các nhiệm vụ rủi ro cao.

Một ưu điểm của thiết kế là phần lớn linh kiện được sử dụng đều có sẵn trên thị trường, chỉ một số bộ phận cần chế tạo riêng. Hệ thống cảm biến cũng có tính mô-đun, cho phép thay đổi hoặc bổ sung cảm biến tùy theo môi trường sử dụng, chẳng hạn kiểm tra chất lượng nước hay phát hiện rò rỉ hóa chất.

Các nhà khoa học cho rằng công nghệ này có tiềm năng hỗ trợ công nhân làm việc với hóa chất, nhân viên kiểm tra nguồn nước, lực lượng cứu hộ hoặc những người phải hoạt động tại khu vực có nguy cơ ô nhiễm. Tuy nhiên, trước khi ứng dụng thực tế, thiết bị cần được cải thiện về độ bền, khả năng hạn chế cảnh báo giả, mức độ dễ nhận biết của các kiểu rung và sự thoải mái khi đeo trong thời gian dài.

Nếu vượt qua những thách thức này, miếng dán có thể mở ra một cách tiếp cận mới đối với các hệ thống cảnh báo an toàn: thay vì chờ người dùng nhìn vào màn hình, cảnh báo được truyền trực tiếp đến cơ thể. Với robot, công nghệ tương tự còn có thể giúp máy móc tự nhận biết và tránh xa những khu vực mà con người khó tiếp cận.