Nghiên cứu da nhân tạo như da thật

Polyme được tích hợp các mạng cảm biến dày đặc làm từ vàng và silicon cực mảnh, với 400 hệ thống cảm biến trên mỗi 1mm². Các chi tiết của nghiên cứu được công bố hôm 9/12 trên tập san Nature Communications. Roozbeh Ghaffari giải thích: “Nếu đeo mạng hệ thống cảm biến như thế vào ngón tay, chúng ta sẽ có xúc giác giống như bàn tay thật truyền đến não bộ”.

Dae-Hyeong Kim, phó giáo sư lãnh đạo dự án cho Đại học Quốc gia Seoul (Hàn Quốc).

Roozbeh Ghaffari là nhà khoa học trong nhóm nghiên cứu và lãnh đạo bộ phận phát triển công nghệ tiên tiến ở Công ty MC10 tại Cambridge, bang Massachusetts (Mỹ), nơi đang phát triển dòng sản phẩm gọi là wearable (mang hay tích hợp trên cơ thể người) dựa trên các loại vật liệu dẻo chứa hệ thống cảm biến.

Các nhà khoa học sử dụng camera thu nhận chuyển động để nghiên cứu cách mà bàn tay thật cử động và co duỗi và sau đó cài các dạng silicon khác nhau trên những điểm khác nhau trên bề mặt da nhân tạo để có được trạng thái co duỗi này.

Để cho vật liệu nhân tạo giống thật hơn, nó sẽ được làm ấm lên như nhiệt độ da người thật nhờ một lớp tích hợp cơ cấu dẫn động (actuator). Vấn đề lớn hơn là tạo ra những kết nối mạnh và bền bỉ với hệ thần kinh giúp cho chủ thể “cảm nhận” được vật thể đang chạm vào.

Dae-Hyeong Kim, Phó giáo sư lãnh đạo dự án thuộc Đại học Quốc gia Seoul (Hàn Quốc), kết nối da thông minh với não chuột thí nghiệm và có thể đo được phản ứng từ vỏ não cảm giác của con vật trước da nhân tạo. Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa thể thấy rõ được chuột thí nghiệm cảm giác với nhiệt, sức ép và độ ẩm đến mức nào. Do đó, để biết đích xác cảm giác như thật, ông Kim cho biết: “Chúng tôi cần thí nghiệm nơi những con vật lớn hơn nữa trong tương lai”.

Dustin Tyler – Giáo sư Khoa Công nghệ sinh học và chuyên gia về giao diện thần kinh Đại học Case Western Reserve (Mỹ) - cho rằng còn một thách thức lớn cần vượt qua là vật liệu mới có thể thể làm được những gì và giao diện vật liệu sẽ truyền tải được những gì đến não người. 

Igor Spectic, 48 tuổi, ở thành phố Cleveland, bang Ohio bị cụt tay phải do tai nạn lao động cách đây 3 năm. Hiện nay, Spectic đã có thể kiểm soát bàn tay nhờ sử dụng giao diện cơ bắp và khoảng 20 bộ cảm biến trên tay giả chuyển tiếp thông tin cảm giác qua các điện cực mắc nối với những dây thần kinh trên phần gốc chi bị mất song vẫn còn khả năng phản ứng với kích thích xung động điện để từ đó giao diện có thể diễn dịch thành cảm giác.

Mẫu da nhân tạo thông minh mới phát triển.

Nhờ cánh tay sinh học này mà Igor Spectic cảm giác được vật thể mềm như trái cherry và sử dụng sức vừa đúng để không làm bẹp nó. Spectic là một trong hai bệnh nhân cụt chi tham gia cuộc thí nghiệm cánh tay sinh học ban đầu tại Trung tâm Y khoa Cựu binh Cleveland.

Spectic cho biết những kiểu kích thích khác nhau sinh ra những cảm giác khác nhau tại 20 điểm trên cánh tay và ngón tay giả. Các cảm giác bao gồm sức ép lên viên bi, đầu bút chì, chạm lướt vào quả banh vải và sờ vào mặt giấy nhám. Tuy nhiên, theo lời Spectic, trong những ngày đầu tiên thí nghiệm anh cảm thấy đau nơi phần cánh tay bị mất nhưng cảm giác đó không còn nữa sau vài tháng.

Cánh tay giả sinh học của Igor Spectic.

Hiện nay, các nhà khoa học Hàn Quốc đang thử nghiệm da nhân tạo thông minh trên bàn tay giả và họ hy vọng vào một ngày nào đó nó sẽ giao tiếp với dây thần kinh giúp bệnh nhân có cảm giác như da thật.