Các nhà khoa học EPFL đã tìm ra cách thức nhanh và đơn giản để làm ra xơ đa vật liệu và siêu đàn hồi, công năng cao - loại xơ đã được dùng làm cảm biến trên các ngón tay rô bốt và trong quần áo. Theo nhóm các nhà khoa học thì phương pháp này mở ra cánh cửa mới cho nhiều loại vật liệu dệt thông minh và các chi tiết cấy ghép y khoa.
Các nhà khoa học nói rằng “đó là cách nghĩ hoàn toàn mới về cảm biến. Loại xơ tí hon được phát triển tại EPFL được làm từ elastomer và có thể tích hợp các vật liệu như là điện cực và polyme nanocomposit. Xơ có thể phát hiện thậm chí áp lực và biến dạng nhỏ nhất và có thể chịu được sự biến dạng gần 500% trước khi phục hồi lại tới hình dạng ban đầu. Tất cả điều này làm xơ là hoàn hảo cho các ứng dụng trong quần áo và vật dụng giả (Chân tay giả…) thông minh và trong việc tạo nên thần kinh nhân tạo cho rô bốt”.
Xơ được phát triển tại phòng thí nghiệm Vật liệu quang tử và Dụng cụ xơ (FIMAP) của EPFL do ông Fabien Sorin làm việc tại Trường Kỹ thuật đứng đầu. Các nhà khoa học đã tìm ra phương pháp nhanh và dễ để nhúng các lọai vi cấu trúc khác nhau vào xơ siêu đàn hồi. Ví dụ, bằng cách bổ sung các điện cực vào các vị trí có tính chiến lược, họ đã biến xơ thành cảm biến siêu nhạy. Điều thú vị nữa là phương pháp của họ có thể được dùng để sản xuất hàng trăm mét xơ trong thời gian rất ngắn.
Gia nhiệt sau đó là kéo giãn
Để làm ra xơ này, các nhà khoa học đã sử dụng quá trình kéo duỗi nhiệt là quá trình tiêu chuẩn để sản xuất xơ quang học. Họ bắt đầu bằng cách tạo phôi tạo hình trước có thể nhìn thấy bằng mắt thường với nhiều cấu thành xơ được sắp xếp trong mô hình 3D được thiết kế cẩn thận. Sau đó họ gia nhiệt phôi và kéo giãn xơ ra giống như là plastic nóng chảy, để tạo ra xơ có đường kính một vài trăm micromet. Trong khi khi quá trình này kéo giãn mô hình các cấu thành theo chiều dài thì nó cũng co lại theo chiều ngang, nghĩa là các vị trí tương đối của các cấu thành giữ nguyên. Kết quả là có được một loạt xơ với vi cấu trúc cực kỳ phức tạp và có tính chất tiên tiến.
Các nhà khoa học giải thích rằng “Cho đến nay, quá trình kéo duỗi nhiệt có thể dùng để sản xuất chỉ các xơ cứng. Nhưng Sorin và nhóm của ông đã dùng nó để làm ra xơ đàn hồi. Với sự hỗ trợ của các tiêu chí mới để chọn vật liệu, họ có thể nhận diện một số elastomer nhiệt dẻo có độ nhớt cao khi được gia nhiệt. Sau khi xơ được kéo duỗi, chúng có thể được kéo giãn ra và biến dạng nhưng chúng luôn luôn quay trở về hình dạng ban đầu”.
Theo ông Fabien Sorin thì các vật liệu cứng như polyme nanocomposit, kim loại và plastic nhiệt dẻo có thể được đưa vào xơ, và các kim loại dạng lỏng có thể biến dạng dễ dàng cũng có thể được làm vậy. Ví dụ, có thể thêm ba sợi điện cực vào một đầu xơ và một điện cực nữa vào đầu kia của xơ. Các điện cực khác nhau sẽ tiếp xúc phụ thuộc vào áp lực được tác dụng như thế nào vào xơ. Điều này sẽ làm các điện cực truyền tín hiệu, tín hiệu sau đó có thể được đọc để xác định chính xác loại ứng suất nào mà xơ đang phải chịu – như là ứng suất nén hoặc trượt”.
Dây thần kinh nhân tạo cho rô bốt
Cộng tác với Giáo sư tiến sĩ Oliver Brock (Phòng thí nghiệm rô bốt và sinh học, Đại học Kỹ thuật Berlin), các nhà khoa học đã tích hợp xơ của họ vào các ngón tay rô bốt để làm dây thần kinh nhân tạo. Bất cứ khi nào ngón tay chạm vào cái gì đó thì các điện cực trong xơ truyền thông tin về tương tác xúc giác của rô bốt với môi trường của nó. Nhóm nghiên cứu cũng đã thử nghiệm bổ sung xơ vào quần áo làm từ vải lưới lỗ to để phát hiện nén và kéo giãn. Theo ông Sorin thì “công nghệ có thể được dùng để phát triển bàn phím chạm được tích hợp trực tiếp vào quần áo”.
Các nhà nghiên cứu nói họ nhìn thấy nhiều ứng dụng tiềm năng khác, đặc biệt kể từ khi quá trình kéo duỗi nhiệt có thể dễ dàng chỉnh sửa cho sản xuất quy mô lớn. Đây là điểm cộng thực sự cho ngành chế tạo. Ngành dệt cũng đã bộc lộ mối quan tâm đến công nghệ mới và đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế.
Nguồn: Vinatex
