Da điện tử - Loại vật liệu đầy triển vọng cho tương lai
Không chỉ giúp đo huyết áp, nhiệt độ và nồng độ oxy của người đeo trong thời gian thực, hỗ trợ chẩn đoán và chăm sóc sức khỏe; mà trong tương lai, da điện tử còn có thể mang lại xúc giác cho những người phải sử dụng chân tay giả
Da là cơ quan bên ngoài lớn nhất của cơ thể con người và cũng là cơ quan phức tạp nhất. Quan sát lớp da dưới kính hiển vi sẽ thấy hàng ngàn dây thần kinh chằng chịt giúp não kết nối với thế giới bên ngoài, cho phép chúng ta cảm nhận được những đụng chạm, áp lực và nỗi đau.
Đối với GS. Bao, một kỹ sư hóa học chuyên nghiên cứu chế tạo vật liệu polymer, da không chỉ là giác quan, mà còn là một loại vật liệu. Theo cách nói của bà thì đó là một thứ linh hoạt, có thể co giãn, tự phục hồi, hay thậm chí là có thể phân hủy sinh học. Hiện tại, bà đang làm việc trong một lĩnh vực mới nổi - da điện tử, nhằm hiện thực hóa mong muốn tái tạo các chức năng của da người, từ đó áp dụng vào các bộ phận cơ thể nhân tạo cho con người và linh kiện cho người máy.
Đối với những người đang phải đeo chân tay giả, xúc giác sẽ cải thiện đáng kể chất lượng cuộc sống của họ. Họ sẽ có thể phân biệt vật mềm, vật cứng, nhận biết vật sắc nhọn nguy hiểm hay cảm nhận được mức độ nóng có thể gây bỏng. Nói cách khác, xúc giác sẽ giúp giảm thiểu các rủi ro có thể xảy đến.
Bao nhận bằng tiến sĩ Hóa học tại Đại học Chicago vào năm 1995. Con đường trở thành người tiên phong trong lĩnh vực vật liệu điện tử linh hoạt của bà bắt đầu vào thời điểm bà gia nhập công ty đổi mới công nghệ Bell Labs. Lúc bấy giờ, vật liệu điện tử linh hoạt vẫn là một giấc mơ viển vông.
Song GS. Bao tin rằng lĩnh vực điện tử linh hoạt vẫn còn nhiều tiềm năng để khai phá. “Nhiều bác sĩ chia sẻ với tôi rằng họ mong muốn có các loại cảm biến giúp các bệnh nhân phải mang chân tay giả lấy lại được xúc giác. Tôi chợt nghĩ lĩnh vực điện tử linh hoạt có thể là một giải pháp tiềm năng”, bà nhớ lại. Tuy nhiên, để làm được điều đó, bà biết rằng mình sẽ phải mất rất nhiều năm để nghiên cứu trước khi đưa ra ứng dụng rộng rãi.
Đến năm 2010, GS. Bao và các đồng nghiệp đã phát triển thành công một loại cảm biến linh hoạt nhạy đến mức nó có thể phát hiện ra cú chạm nhẹ của một con bướm đang bay.
Phát triển tiềm năng của da điện tử
Bao hiểu rằng việc phát triển cảm biến mô phỏng xúc giác cho bộ phận cơ thể nhân tạo và linh kiện robot là một hành trình dài hơi. Trên chặng đường hiện thực hoá điều đó, bà đã liên tục phát hiện thêm những tiềm năng mới của da điện tử, chẳng hạn trong lĩnh vực thiết bị đeo. Hãy tưởng tượng một thiết bị được đeo trên cơ thể hệt như lớp da thứ hai, sử dụng các cảm biến để đo chính xác huyết áp, nhiệt độ, nồng độ glucose và oxy theo thời gian thực.
Từ những phát hiện về cảm biến mô phỏng xúc giác, năm 2016, GS. Bao đã sáng lập nên công ty PyrAmes. Công ty hiện đang phát triển một loại băng mềm quấn quanh cổ tay hoặc bàn chân, có thể theo dõi huyết áp của trẻ sinh non trong các khu vực chăm sóc đặc biệt. Nó có khả năng ghi lại lưu lượng máu liên tục mà không cần bộ đo huyết áp động mạch xâm lấn - vốn phải dùng đến kim tiêm có thể gây ra những tổn thương cho trẻ. Loại băng này được kết nối không dây với máy tính bảng để thay dõi sự thay đổi huyết áp trong thời gian thực.
Bao đã dành trọn sự nghiệp của mình cho các thiết bị điện tử “lấy cảm hứng từ làn da”. Kể từ năm 2018, bà là chủ nhiệm bộ môn Kỹ thuật hóa học của Đại học Stanford, đồng thời là người thành lập Sáng kiến Thiết bị Điện tử Đeo được tại Stanford (eWEAR), một chương trình tập hợp các nhà khoa học làm việc trong lĩnh vực vật liệu, điện tử, hệ thống, dữ liệu và y tế; sáng kiến hướng đến kết nối các nhà khoa học với doanh nghiệp trong lĩnh vực này. Bản thân bà đã có hơn 100 bằng sáng chế của Hoa Kỳ.
Da điện tử mở ra rất nhiều ứng dụng tiềm năng, GS. Bao nhận xét, nhưng con đường thương mại hóa còn dài. Bà vẫn luôn nung nấu ý tưởng phát triển thiết bị điện tử có thể mang lại lợi ích cho lĩnh vực chẩn đoán y tế và chăm sóc sức khỏe về lâu dài - có thể là ở dạng chân tay giả, thiết bị đeo được hoặc thậm chí là thiết bị cấy ghép. Không chỉ hướng đến những nghiên cứu dài hơi, bà còn tập trung vào các nghiên cứu nhỏ giúp phát triển từng khía cạnh riêng lẻ: cảm biến, mạch và các vật liệu dẻo, co giãn và có khả năng phân huỷ sinh học. Theo bà, đó là điều cần thiết, “nếu muốn lĩnh vực này phát triển lâu dài, chúng tôi cần chứng tỏ rằng mình có thể tạo ra tác động trong tương lai gần”.
Hải Đăng (T/h)
