Cảm biến siêu nhạy với chuyển động và có thể tự phục hồi

Cảm biến biến dạng được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống hiện nay. Thực chất, cảm biến biến dạng là một loại thiết bị có thể chuyển đổi lực, áp suất, sức căng hay trọng lượng thành sự thay đổi điện trở và có thể đo được. Loại cảm biến này thường được thấy trên những thiết bị có thể phát hiện chuyển động của vật thể trong môi trường xung quanh. Đơn cử một số thiết bị được trang bị loại cảm biến này như robot, thiết bị theo dõi sức khỏe và những tihết bị giúp con người vận hành, giao tiếp với máy móc.

Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Fudan, Đại học Tongji và Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc công bố đã phát triển một cảm biến biến dạng mới có khả năng co giãn cao, nhạy cảm hơn với những thay đổi liên quan đến chuyển động của môi trường. Nhóm các nhà nghiên cứu trên đã có bài báo cáo trên Tạp chí Năng lượng Nano của nhà xuất bản Elsevier (Hà Lan) cho thấy nhiều hứa hẹn trong việc ứng dụng vào các thiết bị thông minh phục vụ nhu cầu chăm sóc sức khỏe số.

Theo các nhà nghiên cứu trên, cảm biến biến dạng thế hệ mới được thiết kế và chế tạo từ vật liệu hydrogel poly acrylamide (PAAm) đặc biệt bởi khả năng tự phục hồi, thậm chí khi bị biến dạng đến rách hoặc hư hỏng. Kết quả nghiên cứu cho thấy, loại cảm biến đặc biệt này có tốc độ phục hồi điện rất nhanh chóng, chỉ 1,8 giây. Bên cạnh đó, hiệu quả phục hồi của cảm biến còn đạt giá trị ấn tượng, 99% với độ co giãn lớn hơn 900%. Không chỉ vậy, loại cảm biến biến dạng dựa trên hydrogel PAAm này còn có độ nhạy cao (hệ số tối đa 6,44), tốc độ phản hồi nhanh chóng (xấp xỉ 150ms) và độ bền lên đến 3.000 lần tái phục hồi.

Cảm biến của các nhà nghiên cứu có thể tự phục hồi với tốc độ cao

Đương nhiên, loại cảm biến này cũng có thể theo dõi các chuyển động của con người theo thời gian thực, đặc biệt hữu ích cho việc phát triển các thiết bị đeo thông minh chăm sóc sức khỏe hay để rèn luyện thể thao. Các nhà khoa học đã chứng minh bằng cách nối một trong những cảm biến của họ vào một bảng mạch in gắn bên ngoài khớp xương người để ghi lại các chuyển động trong quá trình thử nghiệm. Những dữ liệu mà cảm biến ghi lại sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu số, điều khiển bởi vi mạch Arduino Nano và sau đó được truyền qua Bluetooth đến smartphone.

Không chỉ được dùng để phát hiện các chuyển động, loại cảm biến này còn được ứng dụng vào việc nhận dạng các cử chỉ con người. Các nhà nghiên cứu cũng đã chế tạo ra một chiếc găng tay thông minh tích hợp cảm biến của họ trên mỗi ngón tay để ghi lại những chuyển động thành dữ liệu. Những dữ liệu này sau đó có thể được phân tích và giải thích bằng các mô hình tính toán. Hiện tại, chiếc găng tay thông minh đã có thể diễn đạt và nhận ra ngôn ngữ ký hiệu ASL (Mỹ). Điều này, theo các nhà nghiên cứu có thể ứng dụng để cho phép những người khiếm thính sử dụng ASL để tương tác với máy móc. Găng tay thông minh của các nhà nghiên cứu cũng có thể sử dụng để điều khiển không dây một bàn tay robot thực hiện các cử chỉ mong muốn.

Theo giới quan sát, cảm biến biến dạng mà các nhà nghiên cứu phát triển đã cho thấy rất nhiều tiềm năng cho một loạt ứng dụng - từ thiết bị tương tác giữa người và máy, cho đến robot tương tác, hệ thống theo dõi sức khỏe và các thiết bị theo dõi tập luyện thể thao. Trong tương lai, loại cảm biến này cũng có thể sẽ được sử dụng để chế tạo những thiết bị thông minh với khả năng cảm biến chuyển động phức tạp hơn nữa.