Hydrogel tương tác điện mở ra tiềm năng ứng dụng y sinh và robot

Nhắc đến robot, chúng ta thường liên tưởng đến những cỗ máy kim loại vận hành cơ học. Tuy nhiên, robot cũng có dạng "mềm" và đây là một lĩnh vực mới nổi với nhiều thiết kế được lấy ý tưởng từ các sinh vật dưới nước như bạch tuột, mực ống hay sao biển. Hồi tháng 5, các nhà nghiên cứu tại đại học California đã tạo ra một loại hydrogel có thể uốn cong khi gặp ánh sáng laser cận hồng ngoại và hôm nay, đại học Bắc Carolina tiếp tục cải tiến loại vật liệu này với hydrogel tương tác điện.

Bằng kỹ thuật có tên ionoprinting, nhóm nghiên cứu tại Bắc Carolina sử dụng một điện cực bằng đồng để "tiêm" các ion đồng mang điện tích âm vào vật liệu hydrogel (Hydrogel là một loại vật liệu polymer có tính thấm hút cao với 99,9% thành phần là nước). Các ion đồng liên kết với các ion điện tích âm trong mạng lưới chuỗi polymer của hydrogel, qua đó tạo ra một cấu trúc chắc chắn hơn về mặt cơ học.

"Bàn tay" robot bằng hydrogel

Sau đó, khi áp dụng một dòng điện thì hydrogel sẽ trở nên mềm dẻo hơn. Phương pháp dùng điện trường để kích thích vật liệu không phải quá mới mẻ nhưng đây là lần đầu tiên các điện cực hoạt hóa điện cơ học được sử dụng để kiểm soát chuyển động. Thêm vào đó, đây cũng là lần đầu tiên sự liên kết giữa các ion đã được sử dụng để tạo ra một mạng lưới hydrogel bền.

Bên cạnh khả năng bẻ cong hydrogel trong vòng vài giây, công nghệ còn cho phép sử dụng các điện áp vừa phải để tùy chỉnh đặc tính cơ học của hydrogel nhằm tạo ra các bộ xương ngoài (exoskeleton) cường lực. Ion đồng có thể được tiêm vào từng khu vực riêng biệt trong vật liệu hydrogel để tạo nên chuyển động chính xác hơn. Nếu càng nhiều ion được tiêm vào, khả năng uốn cong của hydrogel càng lớn.

Giáo sư Orlin Velev đến từ khoa hóa học và kỹ thuật sinh học phân tử tại đại học Bắc Carolina cho biết: "Chúng tôi hiện đang lên kế hoạch sử dụng kỹ thuật này để phát triển các thiết bị siêu nhỏ có cơ cấu vận động". Công nghệ không chỉ mang lại nhiều tiềm năng đối với lĩnh vực robot mềm mà còn nhiều ứng dụng y sinh. Cơ nhân tạo, cảm biến môi trường thông minh, bộ truyền động, robot sinh học siêu nhỏ, khung tế bào và thiết bị điều phối thuốc là một vài trong số các ứng dụng tiềm năng đối với công nghệ, theo các nhà nghiên cứu.

Từ khóa liên quan:

Hydrogel

Hydrogel tương tác điện

ứng dụng y sinh

kỹ thuật ionoprinting

hydrogel uốn cong

dùng điện trường kích thích vất liệu

lĩnh vực robot mềm

Orlin Velev