Vi mạch theo dõi môi trường

Chẳng bao lâu nữa, chúng có thể trở thành phương thức giám sát môi trường mới nhất, nhỏ gọn nhất. John Rogers, kỹ sư y sinh Đại học Northwestern (Mỹ) và là một trong những nhà nghiên cứu chính của dự án mới nhất này, cho biết: “Chúng tôi luôn đánh giá cao nhiều công nghệ cơ sở tương tự cũng có thể được điều chỉnh và khai thác nhằm mục đích giám sát môi trường”. Nhiệm vụ lớn đầu tiên là tìm cách giải phóng và phân tán chúng trên một khu vực rộng - ví dụ như quy mô của một trang trại lớn.

Ban đầu, nhóm nhà nghiên cứu nghĩ đến việc cố gắng tạo ra một thiết bị có thể bay bằng cách vỗ đôi cánh nhỏ bé theo đúng nghĩa đen – ví dụ giống như một con dơi điện tử. Rogers cho biết: “Đó là một thách thức kỹ thuật khá khó khăn và vì vậy chúng tôi chuyển sang một lĩnh vực khác của cảm hứng sinh học đối với chuyến bay có kiểm soát”. Khu vực đó là thế giới thực vật: đặc biệt là những hạt có cánh giúp mang chúng theo chiều gió.

Tiến hành mô phỏng để tinh chỉnh cấu trúc, nhóm nhà nghiên cứu phát hiện chính hạt của cây phong tạo ra thiết kế cuối cùng. Vi mạch có 3 cánh, được trang bị nguồn năng lượng nhỏ, mạng cảm biến thu thập dữ liệu, bộ nhớ để lưu trữ dữ liệu và một ăng-ten truyền phát tới máy tính hoặc điện thoại thông minh.

Thông thường, vi mạch thường được thiết kế, xây dựng và đóng gói phẳng, tương đương với không gian 2D. Nhưng để đạt được bất kỳ loại chuyến bay hữu ích nào, đôi cánh của thiết bị cần phải nở ra ở dạng 3D. Nhóm nhà nghiên cứu giải quyết vấn đề bằng cách xây dựng con chip trên một đế cao su kéo căng. Nhưng nhóm nhà nghiên cứu tin rằng thiết kế có tiềm năng dễ dàng mở rộng quy mô sản xuất hàng loạt.

Thực tế là các vi mạch có thể được xây dựng trong cùng một thiết lập như bất kỳ vi mạch thông thường nào khác là một phần thưởng lớn. Với mong muốn tạo ra những thiết bị có thể theo dõi môi trường, nhóm nhà nghiên cứu đưa vi sinh vật của họ vào thử nghiệm trong một số ứng dụng: ghi lại độ pH của nước, phát hiện các hạt trong không khí và đo mức độ ánh sáng mặt trời.

Rogers và đồng nghiệp tưởng tượng những đàn vi cá trôi dạt của họ được thả từ máy bay hoặc nhà cao tầng trong tương lai. Được phát tán rộng trên một thành phố, chúng có thể đo mức độ ô nhiễm không khí ở nhiều độ cao khác nhau. Được giải phóng trước một thảm họa môi trường, chẳng hạn như sự cố tràn hóa chất, và chúng có thể giám sát những nơi con người không thể đến. Các vi mạch cũng có thể quan sát bầu trời để tìm những phần tử mang mầm bệnh trong không khí.

Bây giờ đã có bản thiết kế, Rogers và đồng nghiệp hy vọng sẽ tiếp tục xây dựng. Họ hình dung bộ vi sinh này chỉ là sự khởi đầu cho một số loại thiết bị khác: bộ vi sinh nhảy dù như hạt giống cây bồ công anh hoặc lướt nhẹ như hạt dưa chuột Java. Nhưng sẽ không tốt nếu bạn giám sát môi trường bằng loại thiết bị không thân thiện với môi trường. “Nếu bạn đang dự tính phân phối hàng ngàn hoặc thậm chí hàng chục ngàn thiết bị nhỏ trên một môi trường… thì về cơ bản, bạn có đang phân phối rác điện tử hay không?” Rogers đặt câu hỏi.