Một trong những khác biệt lớn nhất giữa hệ thống sinh học và thiết bị điện tử truyền thống là bản chất vật lý của chúng. Các mô sống, như da và cơ bắp luôn mềm, dẻo. Ngược lại, hầu hết thiết bị điện tử đều cứng, chắc. Sự không phù hợp này khiến việc kết nối công nghệ với cơ thể người trở nên khó khăn.
Để giải quyết rào cản này, các nhà nghiên cứu khám phá một lĩnh vực mới nổi, gọi là điện tử ion (ionotronic). Thay vì sử dụng electron, như điện tử truyền thống, điện tử ion dựa trên dòng ion - các hạt mang điện tích - làm chất mang điện chính để xử lý, lưu trữ, truyền tải tín hiệu một cách linh hoạt, hiệu quả.
Bằng cách tận dụng sự di chuyển của ion trong vật liệu, thiết bị ionotronic tạo ra các nền tảng mềm, dẻo, tương thích sinh học cho cảm biến, cơ nhân tạo và điện toán mô phỏng não bộ. Đây cũng là cách các tế bào trong cơ thể chúng ta giao tiếp với nhau, khiến công nghệ ionotronics trở thành cầu nối đầy hứa hẹn giữa hệ thống sinh học và thiết bị điện tử.
Nhóm nghiên cứu tại Viện công nghệ Massachusetts (MIT) tạo ra loại gel mới, có khả năng kiểm soát dễ dàng các ion di chuyển trong đó. Điều làm cho loại gel này đặc biệt là độ dẫn ion của nó, có thể thay đổi chỉ bằng cách chiếu ánh sáng vào. Khi tiếp xúc với ánh sáng, độ dẫn ion của gel tăng lên đến 400 lần, cho phép chuyển đổi nhanh chóng sang độ dẫn điện cao.
Tính chất kích hoạt bằng ánh sáng, giúp gel trở thành khối cấu tạo quan trọng trong hệ thống ionotronic. Để làm điều này, các nhà nghiên cứu sử dụng hợp chất đặc biệt, gọi là bộ tạo ion quang. Hợp chất này phản ứng với ánh sáng bằng cách giải phóng các ion, làm tăng khả năng dẫn tín hiệu của vật liệu.
Nhóm nghiên cứu kết hợp bộ tạo ion quang này với loại vật liệu giống cao su, gọi là polyurethane để tạo ra loại gel vừa dẻo, vừa nhạy. Để tạo ra gel, các nhà nghiên cứu hòa tan các bộ tạo ion quang vào chất lỏng, sau đó cho cao su hấp thụ hỗn hợp này. Quá trình này đảm bảo các thành phần nhạy sáng được phân bố đều khắp vật liệu.
Một trong những khía cạnh thú vị của khám phá này là tiềm năng tạo ra hệ thống có khả năng thích ứng với môi trường của chúng. Ví dụ, một thiết bị mềm có thể tự động thay đổi hành vi của nó để đáp ứng với điều kiện ánh sáng. Điều này có thể dẫn đến các loại cảm biến hoặc thiết bị xử lý thông tin theo cách tương tự các sinh vật sống.
Bằng cách tích hợp khả năng phản hồi quang học trực tiếp vào vật liệu, thiết kế mới loại bỏ nhu cầu về mạch điều khiển bên ngoài, giảm độ phức tạp của hệ thống và mức tiêu thụ điện năng. Điều này có thể hữu ích ở các thiết bị công suất thấp và hệ thống tích hợp sinh học, nơi các thiết bị điện tử thông thường gặp hạn chế về năng lượng và kích thước.
Nghiên cứu này đặt ra bước tiến quan trọng, hướng tới thúc đẩy đổi mới các thiết bị mềm mại hơn, thông minh hơn, tương thích hơn với cơ thể con người, như các thiết bị điện tử đeo được, robot mềm, thiết bị y tế. Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Nature Communications.
