Chế tạo thành công loa trong suốt, mềm dẻo từ gel ion

Một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ trường kỹ thuật và khoa học ứng dụng (SEAS) thuộc đại học Harvard đã vừa tạo ra một chiếc loa dẻo từ chất liệu gel ion. Chiếc loa hầu như trong suốt nếu quan sát bằng mắt thường và có thể tạo ra âm thanh chất lượng cao trong phổ âm thanh nghe được của tai. Qua phát minh này, họ đã chứng minh ý tưởng các thiết bị điện tử có thể truyền tải tín hiệu điện theo một cách tương tự như hệ thần kinh của người.

Để chế tạo những chiếc loa này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một tấm cao su trong suốt và thêm vào đó một lớp gel nước muối dẫn điện ở mỗi mặt. Khi một điện thế được áp dụng vào các góc đối nhau của lớp gel, khu vực bên trong tấm cao su sẽ nhanh chóng uốn cong, tạo ra âm thanh với tần số từ 20Hz đến 20kHz. Do đặc tính dẻo và ion của vật liệu, loa có thể được kéo dãn nhiều lần so với kích thước nguyên gốc mà vẫn hoạt động tốt. Các nhà khoa học tin rằng, một phiên bản cải tiến của phát minh này có thể được tích hợp vào máy tính hay màn hình tablet nhằm mang lại âm thanh và phản hồi xúc giác mà không cần đến loa ngoài.

Một chiếc loa trong suốt đã là điều rất tuyệt vời. Tuy nhiên, mục tiêu chính của dự án là trình diễn khả năng truyền điện tích bằng ion thay vì electon và tiềm năng ứng dụng vào các thiết bị điện tử. Trong hầu hết các trường hợp, các chất ion có khuynh hướng tạo ra một mạch kết nối yếu khi áp dụng lên chúng một điện thế và điện thế quá cao có thể kích hoạt một phản ứng hóa học phá hủy vật liệu. Tuy nhiên, với hệ thống của đại học Harvard, cao su đóng vai trò như một lớp cách ly, cho phép các nhà khoa học kiểm soát điện thế tốt hơn và tăng tốc kết nối.

Jeong-Yun Sun (trái) và Christoph Keplinger (phải) - 2 nhà khoa học làm việc với dự án loa trong suốt từ gel ion.

Theo nhóm nghiên cứu, nếu các chất dẫn ion hoàn hảo, chúng tiềm năng sẽ mang lại một số ưu điểm so với các chất dẫn đang được sử dụng phổ biến hiện nay. Một vấn đề thường gặp với hầu hết các chất dẫn dẻo là điện trở của chúng sẽ tăng khi bị kéo dãn, làm hạn chế hiệu năng trong một số thiết bị điện tử. Chất dẫn ion mặt khác không vấp phải vấn đề này và có thể được kéo dãn nhiều lần so với diện tích ban đầu mà không ảnh hưởng đến mạch điện bên trong. Dĩ nhiên là chất dẫn ion chưa thể đáp ứng suất điện trở cần thiết trong thiết bị điện tử tính đến thời điểm hiện tại. Tuy nhiên, nếu mục tiêu đặt ra là chế tạo một mạch điện có thể gói gọn, mềm dẻo thì chất dẫn ion là một sự lưa chọn thay thế đầy tiềm năng. Thêm vào đó, chất dẫn ion có thể được chế tạo từ các vật liệu trong suốt sẵn có trên thị trường.

Christoph Keplinger - đồng tác giả dự án, hiện đang làm nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ tại Harvard SEAS cho biết: "Chúng tôi muốn thay đổi quan điểm của mọi người về ứng dụng của các chất dẫn ion. Hệ thống của chúng tôi không cần nhiều năng lượng để hoạt động và bạn có thể tích hợp nó vào mọi nơi khi bạn cần một lớp vật chất mềm, trong suốt, có thể uốn dẻo được để phản hồi với các kích thích điện - chẳng hạn như trên màn hình của một chiếc TV, laptop, hay smartphone để tạo ra âm thanh hoặc phản hồi xúc giác tại chỗ và chúng ta thậm chí có thể nghĩ đến những chiếc cửa sổ thông minh. Nhiều khả năng bạn có thể đặt chiếc loa này trên cửa sổ để đạt hiệu quả khử tiếng ồn với không gian bên trong hoàn toàn im lặng".

Kết nối sinh học

Bên cạnh đặc tính trong suốt và có thể kéo dãn mà không ảnh hưởng đến mạch điện, gel ion trong loa có thể vận chuyển ion tương tự một số hệ thống sinh học, chẳng hạn như các dây thần kinh của chúng ta. Điều này nhiều khả năng sẽ mở ra một cánh cửa để hợp nhất các hệ sinh học với các hệ thống ion do con người tạo ra, chẳng hạn như cơ hoặc da nhân tạo.

Về lâu dài, các nhà nghiên cứu cho rằng phát hiện của họ có thể dẫn đến những máy móc thiết bị "mềm và tiên tiến hơn" với khả năng thay đổi hình dạng theo lệnh.

Keplinger nói: "Tầm nhìn lớn của chúng tôi là những cổ máy mềm. Những hệ thống ion được kỹ thuật có thể đạt được nhiều chức năng mà cơ thể chúng ta có, chẳng hạn như cảm giác, truyền một tín hiệu và phát động cử động. Chúng tôi thật sự đang tiếp cận một loại thiết bị mềm tương tự như các hệ thống sinh học".

Một số ví dụ về những dự án khả thi mà họ đề cập bao gồm những chiếc kính đeo mắt có thể tự thay đổi tiêu cự hay những con robot có thể thay đổi hình dạng nhằm đáp ứng với nhiều tác vụ khác nhau. Hiện tại, nhóm nghiên cứu đã lên kế hoạch tiếp tục nghiên cứu của mình bằng các thí nghiệm tương tự với nhiều vật chất ion khác để tìm ra loại nào có thể hoạt động với điện tích lâu hơn và vật liệu nào có thể được kết hợp để mang lại kết nối tốt hơn.