Những điểm chính
- Đại học Penn State phát triển mực dẫn điện đa màu có thể vẽ trực tiếp lên da theo dõi hoạt động tim, cơ, não.
- Mực khô nhanh, đậm sắc, dẻo dai và ôm sát da hơn điện cực kim loại truyền thống, nâng cao độ chính xác.
- Điện cực mực vẽ có thể giãn nở 150%, thoát ẩm tốt, không gây kích ứng, phù hợp với vận động liên tục.
- Thử nghiệm ghi ECG trong 12 giờ và EMG điều khiển tay giả robot thành công, phù hợp dùng hàng ngày.
- Cảm biến có thể tái sử dụng cùng module chính, điện cực mực là vật liệu dùng một lần, tiết kiệm chi phí.
Cảm biến y tế mới được vẽ như sơn mặt tạo phong cách riêng
Từ những hình vẽ sắc màu tươi sáng như hổ, cá mập hay cầu vồng, nhóm kỹ sư Đại học Penn State đã phát minh loại cảm biến y tế có thể sơn trực tiếp lên da người dùng. Công nghệ mực dẫn điện đa sắc này không chỉ giúp theo dõi sóng não, điều khiển tay giả robot mà còn phát hiện vấn đề tim mạch sớm với độ nhạy và bền bỉ cao. Nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) cho thấy thiết kế cảm biến vừa mang tính thẩm mỹ vừa ứng dụng cao trong y tế.
Cải tiến cảm biến đeo theo dõi sức khỏe truyền thống
Cảm biến y tế đeo trên da chủ yếu dựa vào các điện cực tiếp xúc với cơ thể để ghi nhận điện tín từ tim, cơ và não. Các tín hiệu này biến đổi thành dạng đọc EEG cho não, ECG cho tim và EMG cho cơ bắp, giúp bác sĩ đánh giá nhịp tim, hoạt động thần kinh hay co cơ của bệnh nhân. Tuy nhiên, điện cực truyền thống thường làm bằng kim loại cứng, khó bám chắc trên da khi người dùng vận động.
Nhiều thiết kế hiện nay dùng vật liệu hydrogel mềm dẻo, giúp đàn hồi nhưng lại dễ bị mất nước, giảm độ bám và hiệu quả cảm biến. Thêm vào đó, các cảm biến sản xuất sẵn khó áp sát da, đặc biệt trên vùng da có lông hoặc đổ mồ hôi, dẫn đến sai số đáng kể.
Wanqing Zhang, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết: “Đường hở không khí giữa da và điện cực làm giảm hiệu suất và độ chính xác của cảm biến. Chúng tôi đã phát triển mực dẫn điện có thể vẽ trực tiếp lên da, sau khi khô sẽ hoạt động như một điện cực hiệu quả.”
Mực cảm biến đa sắc, linh hoạt và bền chắc
Để tạo mực mới, nhóm nghiên cứu pha trộn polymer với các chất axit trong dung dịch nước, tạo thành mực có màu sắc sặc sỡ và kết cấu đặc sánh như keo. Mực có thể khô trên da chỉ trong dưới 10 phút, còn có thể dùng máy sấy tóc để làm nhanh hơn. Larry Cheng, đồng tác giả, chia sẻ: “Mực giống như lớp sơn mặt, ban đầu trong suốt và có thể pha màu theo ý thích, cho phép cá nhân hóa hoàn toàn thiết kế cảm biến.”
Khi vẽ trực tiếp lên da, mực ôm sát kết cấu bề mặt hơn, giúp cảm biến đo đạc chính xác và nhanh nhạy hơn. Nhóm đã thử nghiệm nhiều hình vẽ khác nhau như cáo, cá mập hay các nhân vật hoạt hình ngộ nghĩnh, mang lại yếu tố thẩm mỹ cao.
Cấu trúc vải kim loại đa năng tăng độ bền và độ dính
Để nối điện cực với module cảm biến điện tử, một vùng dẫn điện được vẽ lên vải bạc có cấu trúc xốp mềm mại. Mực ướt ngấm vào lớp vải này rồi cứng lại, đồng thời bám chắc lên da. Module điện tử được gắn dưới quần áo, truyền dữ liệu không dây qua Bluetooth.
Đăng ký bản tin QMVN
Nhận tin tổng hợp mỗi sáng - chỉ những bài đáng đọc, không spam.
Nhờ cấu trúc xốp, điện cực có thể giãn nở đến 150% mà không bị đứt, đồng thời giúp thoát hơi nước và mồ hôi, tránh kích ứng da và duy trì độ bám lâu dài. Cheng giải thích thêm: “Vật liệu xốp giúp thoát ẩm và thông khí tốt hơn, làm cảm biến dẫn điện, bám dính và thoải mái hơn khi sử dụng lâu dài.”
Ứng dụng thực tiễn và tiềm năng phát triển tương lai
Trong các thử nghiệm, điện cực mực vẽ giữ tốt độ chính xác khi ghi nhận ECG trong suốt 12 tiếng hoạt động đời thường, cũng như khi vận động. Chúng còn ghi nhận tín hiệu EMG cơ cẳng tay và điều khiển tay giả robot mà không cần chạm trực tiếp, mở ra hướng phát triển thiết bị hỗ trợ người khuyết tật.
Kỹ sư Cheng cho biết thêm: “Mực có thể rửa sạch và sơn lại dễ dàng. Ý tưởng là một module đắt tiền sẽ tái sử dụng lâu dài, còn điện cực mực có thể dùng một lần, tiết kiệm chi phí và tiện lợi cho người dùng.”
Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục phát triển cảm biến để nhận diện các sinh chất khó hơn như cortisol hay glucose, đồng thời tận dụng màu sắc sinh động để hỗ trợ đánh giá sức khỏe cho trẻ em - nhóm bệnh nhân không thích khám chữa bệnh.
Công nghệ này hứa hẹn mở ra một kỷ nguyên mới trong theo dõi sức khỏe tích hợp thẩm mỹ, giúp người sử dụng vừa được chăm sóc tốt vừa thể hiện cá tính riêng.
Câu hỏi thường gặp
Cảm biến mực vẽ trên da hoạt động như thế nào?
Cảm biến sử dụng mực dẫn điện được vẽ trực tiếp lên da, thu nhận tín hiệu điện từ tim, não hoặc cơ để chuyển thành các dạng sóng đo lường sức khỏe.
Ưu điểm của mực cảm biến so với điện cực truyền thống là gì?
Mực cảm biến khô nhanh, bám sát da, đàn hồi tốt, không tạo khoảng cách và chính xác hơn khi sử dụng trên da có lông hoặc khi vận động.
Cảm biến có thể sử dụng lâu dài không?
Điện cực mực có thể sử dụng trong nhiều giờ đến một ngày, sau đó có thể rửa sạch và vẽ lại, còn module điện tử có thể tái sử dụng lâu dài.
Nhóm nghiên cứu có kế hoạch phát triển gì cho tương lai?
Nhóm sẽ phát triển thêm cảm biến nhận biết các chỉ số sinh hóa như cortisol, glucose và hướng tới thiết kế thân thiện với trẻ em.
Bài viết được biên tập với sự hỗ trợ của công cụ trí tuệ nhân tạo (AI), tổng hợp từ các nguồn tin dẫn bên dưới và đã qua kiểm duyệt của toà soạn Quang Minh Việt Nam.
