Phát triển thành công nhiệt kế co giãn phản ứng trong 10 mili giây

Các nhà khoa học phát triển cảm biến nhiệt mềm dẻo, co giãn, có cấu tạo đơn giản và phản ứng rất nhanh với sự thay đổi nhiệt độ.

Trong tương lai, robot mềm, quần áo thông minh và thiết bị y tế tương thích sinh học sẽ cần tích hợp các cảm biến mềm có thể kéo giãn và vặn xoắn theo thiết bị hay người đeo. Thách thức ở đây là đa số bộ phận dùng trong cảm biến truyền thống đều cứng.

Thử nghiệm dùng kìm gắp mềm tích hợp nhiệt kế để đo nhiệt độ trứng luộc nóng. (Ảnh: Harvard SEAS)

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng John A. Paulson (SEAS) thuộc Đại học Harvard phát triển một nhiệt kế mềm, co giãn, tự cung cấp năng lượng có thể tích hợp vào thiết bị điện tử và robot mềm, Phys hôm 24/1 đưa tin. Nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Chúng tôi phát triển những cảm biến nhiệt độ mềm với độ nhạy cao và thời gian phản hồi nhanh, mở ra khả năng mới để tạo ra giao diện tương tác người - máy và robot mềm trong các lĩnh vực y tế, kỹ thuật và giải trí", Zhigang Suo, giáo sư cơ khí và vật liệu tại SEAS, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết.

Nhiệt kế gồm ba thành phần đơn giản: chất điện phân, điện cực và một vật liệu điện môi để ngăn cách. Mặt tiếp xúc điện phân/điện môi tích tụ các ion trong khi mặt điện môi/điện cực tích tụ các electron. Sự mất cân bằng điện tích giữa chúng tạo ra một đám mây ion trong chất điện phân. Khi nhiệt độ thay đổi, đám mây ion thay đổi độ dày và điện áp được tạo ra. Điện áp nhạy với nhiệt độ nhưng không nhạy với sự giãn nở.

"Thiết kế rất đơn giản nên có nhiều cách để điều chỉnh cảm biến, tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Bạn có thể chọn những vật liệu khác nhau, sắp xếp theo những cách khác nhau và tối ưu hóa cho từng nhiệm vụ", Yecheng Wang, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại SEAS, thành viên nhóm nghiên cứu, giải thích.

Bằng cách sắp xếp chất điện phân, chất điện môi và điện cực theo các cấu trúc khác nhau, nhóm chuyên gia đã phát triển 4 thiết kế cho cảm biến nhiệt độ. Trong một thử nghiệm, họ tích hợp cảm biến vào một kìm gắp mềm và đo nhiệt độ của trứng luộc chín còn nóng. Các cảm biến nhạy hơn so với nhiệt kế nhiệt điện truyền thống, có thể phản ứng với sự thay đổi nhiệt độ chỉ trong khoảng 10 mili giây.

"Chúng tôi đã chứng minh rằng những cảm biến này có thể được chế tạo một cách nhỏ gọn, ổn định, thậm chí trong suốt. Tùy vào vật liệu sử dụng, nhiệt kế có thể đo nhiệt độ cao đến 200 độ C hoặc thấp đến -100 độ C", Wang cho biết.