Các kỹ sư tạo ra gel kích hoạt bằng ánh sáng, tăng độ dẫn ion gấp 400 lần
Sự khác biệt lớn nhất giữa hệ sinh học và thiết bị điện tử nằm ở chỗ: cái đầu tiên thường mềm mại, linh hoạt, trong khi cái sau lại cứng và rắn chắc. Giờ đây, trong một nghiên cứu có thể tác động mạnh đến giao diện người–máy, thiết bị tương thích sinh học và robot mềm, các kỹ sư MIT cùng cộng sự đã phát triển một loại gel mềm dẻo có khả năng thay đổi độ dẫn điện một cách ngoạn mục khi tiếp xúc với ánh sáng.
Ionotronics – cầu nối giữa sinh học và điện tử
Ionotronics là lĩnh vực đang phát triển, tập trung vào việc truyền dữ liệu thông qua ion – các phân tử mang điện tích. Điện tử truyền thống làm điều tương tự với electron. Trong khi điện tử đã rất phát triển, ionotronics vẫn còn mới mẻ, ngoại trừ một ngoại lệ khổng lồ: hệ sinh học. Các tế bào trong cơ thể chúng ta giao tiếp bằng nhiều loại ion khác nhau, từ kali đến natri.
Ionotronics vì thế có thể trở thành cầu nối giữa điện tử và mô sinh học, mở ra ứng dụng từ công nghệ đeo mềm cho đến giao diện người–máy.
Thomas J. Wallin, Giáo sư Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại MIT, chia sẻ: “Chúng tôi đã tìm ra cơ chế để kiểm soát động học mật độ ion trong vật liệu mềm. Điều này có thể cho phép hệ thống tự thích ứng với các kích thích môi trường, trong trường hợp này là ánh sáng.”
Vật liệu dẫn ion có thể bật/tắt bằng ánh sáng
Trong khi các vật liệu ionotronic khác có độ dẫn cao nhưng không thể điều chỉnh, nhóm MIT đã tạo ra loại gel có thể chuyển từ trạng thái cách điện sang dẫn điện mạnh hơn gấp 400 lần chỉ bằng ánh sáng. Xu Liu, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi dùng ánh sáng để biến vật liệu mềm từ cách điện thành dẫn điện mạnh.”
Trọng tâm của nghiên cứu là photo-ion generators (PIGs) – vật liệu có thể tăng độ dẫn tới 1.000 lần khi chiếu sáng. Nhóm MIT đã tối ưu cách tích hợp PIG vào cao su polyurethane bằng phương pháp hòa tan bột PIG trong dung môi, sau đó cho cao su “ngấm” dung dịch này.
Tiềm năng ứng dụng rộng lớn
Ở phiên bản hiện tại, sự thay đổi độ dẫn là không thể đảo ngược. Tuy nhiên, Liu tin rằng các thế hệ tiếp theo có thể chuyển đổi qua lại giữa trạng thái cách điện và dẫn điện. Ngoài ra, nhóm mới chỉ thử nghiệm với một loại PIG, polymer và dung môi, trong khi còn vô số lựa chọn khác để tạo ra vật liệu mềm phản ứng ánh sáng tốt hơn.
Không dừng lại ở ánh sáng, Liu cho biết nhóm nghiên cứu còn muốn phát triển vật liệu mềm phản ứng với các kích thích khác như nhiệt hoặc từ trường: “Chúng tôi được truyền cảm hứng để mở rộng nghiên cứu bằng cách thay đổi tác nhân kích hoạt từ ánh sáng sang các dạng kích thích môi trường khác.”
Hướng tới kỷ nguyên “soft photo-ionotronics”
Liu gọi hướng nghiên cứu này là soft photo-ionotronics – một tiểu lĩnh vực mới có thể mở đường cho các loại máy mềm trong công nghệ đeo, giao diện người–máy, robot, y sinh và nhiều lĩnh vực khác.