Cảm biến 2 chế độ mang đeo chống thấm nước, trên mọi vị trí cơ thể

Cảm biến mang đeo, công cụ quan trọng theo dõi sức khoẻ và đào tạo trí thông minh nhân tạo (AI) có thể không thấm nước hoặc đo nhiều kích thích là mục tiêu của các nhà khoa học, nhưng kết hợp những yếu tố này và vẫn duy trì độ chính xác cao trong phép đo rất khó khăn.

Nhóm nhà nghiên cứu do Huanyu "Larry" Cheng, PGS khoa học kỹ thuật và cơ khí tại Đại học Penn State, Mỹ lãnh đạo chế tạo được những cảm biến không thấm nước, một lý tính quan trọng để theo dõi tập thể dục, chịu được mồ hôi và mọi điều kiện thời tiết, có thể đo nhiệt độ và chuyển động trên cả quy mô nhỏ và lớn, có thể gắn được trên những động mạch xa như những động mạch nằm dưới lông mày hoặc trên ngón chân.

Kết quả nghiên cứu được đăng trên Tạp chí Kỹ thuật Hóa học trực tuyến và sẽ xuất bản trong ấn bản in tháng 9.

Đồ họa cảm biến độ chính xác cao, không thấm nước và gắn trên các động mạnh xa. Ảnh Tạp chí Kỹ thuật Hóa học (2022).

PGS Cheng cho biết: "Có 3 tính năng kết hợp mới: ứng dụng hoạt động dưới nước, khả năng phát hiện rung động siêu nhỏ và chuyển động tinh vi, sự thay đổi nhiệt độ. Đồng thời có nhiều tùy chọn gắn kết vị trí cảm biến như dưới lông mày hoặc ngón chân",

Theo Cheng, khả năng đo sinh trắc học ở các vị trí khác ngoài cổ tay, nơi các cảm biến được áp dụng theo truyền thống, là mục tiêu mà nhóm nghiên cứu phát triển sau khi trao đổi với các bác sĩ về nhu cầu thực tế.

Theo các bác sĩ, trong tình huống một người bị thiếu một chi hoặc bị thương nặng quanh cổ tay, cần có cách khác để đo lượng oxy trong máu và huyết áp . Khả năng có thể sử dụng những vị trí khác cho các cảm biến không chỉ hữu ích cho bệnh nhân tình trạng đặc biệt mà còn cho những người tham gia vào các hoạt động cụ thể. Ví dụ như muốn theo dõi các chỉ số của một công nhân xây dựng, có thể thực tế hơn và cung cấp kết quả đọc chính xác hơn nếu gắn cảm biến vào động mạch xa không phải cổ tay.

Những cảm biến mới cũng phát hiện và đo nhanh các chuyển động và nhiệt độ cao hoặc thấp với độ nhạy và độ chính xác cao.

Kết hợp tất cả những tính năng mới này, cảm biến mới có độ chính xác cao, phạm vi phát hiện cao và đặc biệt là không thấm nước, đây chính là sự khác biệt so với các cảm biến khác. Phương pháp sản xuất các cảm biến đơn giản, chi phí thấp hơn, có tiềm năng để đưa vào sản xuất thương mại quy mô lớn.

Điểm then chốt tạo ra các cảm biến mới là sự kết hợp của các vật liệu, cụ thể là vật liệu nano dẫn điện với hydrogel phản ứng với nhiệt độ.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển cảm biến hai chế độ trên cơ sở hỗn hợp bọt graphene xốp để có được các thông số hiệu suất cao cho cảm biến biến dạng và nhiệt độ.

Sử dụng bọt graphene xốp từ những vật liệu có chứa carbon có ý nghĩa quan trọng đối với cảm ứng kép và khả năng mở rộng phạm vi hoạt động, nhưng bọt graphene xốp ngậm nước.

Graphene sẽ dễ dàng liên kết với nước, làm thay đổi cấu trúc phân tử theo hướng không mong muốn. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng hỗn hợp dạng graphene với hỗn hợp trên cơ sở silicone hình thành các đặc tính kỵ nước nhưng vẫn giữ được các ưu điểm của graphene về cảm nhận nhiệt độ.

Những nghiên cứu tiếp theo của nhóm là áp dụng các cảm biến mới vào các điều kiện lâm sàng đa dạng như theo dõi quá liều opioid, trị liệu các bệnh nghề nghiệp và các vấn đề về ngôn ngữ.

Một ứng dụng khác trong tương lai là sử dụng các cảm biến đa phương thức nhằm phát triển sự tương tác và liên kết phối hợp giữa con người và robot. Ứng dụng các cảm biến trong Máy học và Trí tuệ Nhân tạo (AI).