Bút vẽ ra mạch điện trên giấy

Một nhóm giáo sư và sinh viên thuộc Đại học Illinois tại Urbana-Champaign, Mỹ, đã phát triển một loại bút bi xoay dùng mực bạc, có khả năng vẽ trực tiếp các mạch dẫn điện lên giấy, gỗ cùng nhiều bề mặt không dẫn điện khác. Nhìn bên ngoài, chiếc bút khá giống dụng cụ viết thông thường, nhưng bên trong chứa dung dịch bạc nano phân tử, loại mực có thể tạo nên những đường dẫn điện sau khi khô. Phát minh này mở ra khả năng chế tạo các thiết bị điện tử dùng một lần, giá rẻ, linh hoạt, đồng thời không đòi hỏi những quy trình sản xuất phức tạp. Khi nét mực bạc khô lại, nó hình thành đường dẫn điện đủ bền để duy trì chức năng ngay cả khi tờ giấy bị gập đi gập lại nhiều lần. Ý tưởng xuất hiện khi các sinh viên thuộc nhiều khoa thiết kế khác nhau tìm kiếm phương pháp tiết kiệm hơn để tạo các mô hình điện cực phục vụ học tập và nghiên cứu. Họ chọn bút bi xoay vì thiết bị này rẻ, dễ mang theo, dễ sử dụng, phù hợp với việc tạo mạch ngay tại nơi cần thiết. Trước đó, việc phun mực kim loại lên bề mặt thiết bị điện tử thường dựa vào máy in phun mực, một giải pháp hiệu quả nhưng cần thiết bị chuyên dụng, nhiều công đoạn cùng chi phí đáng kể. Chiếc bút mới đưa kỹ thuật in kim loại xuống quy mô đơn giản hơn, cho phép người dùng tự vẽ đường dẫn điện mà không cần vận hành máy in phức tạp. Người sử dụng chỉ cần viết hoặc phác họa theo hình dạng mong muốn, sau đó kết nối mạch với nguồn điện thích hợp. Giáo sư Jennifer Lewis, trưởng nhóm sáng chế, cho rằng bút in kim loại có thể giúp con người tạo thiết bị dẫn điện ngay khi cần, trong cả những hoàn cảnh thiếu thốn phương tiện. Bà nêu ví dụ một người lính ngoài mặt trận có thể vẽ nhanh một ăn-ten sóng vô tuyến đơn giản để phục vụ liên lạc. Tình huống này cho thấy giá trị của phát minh không chỉ nằm trong phòng thí nghiệm, mà còn ở khả năng biến những vật liệu quen thuộc thành công cụ điện tử tạm thời. Để kiểm chứng công nghệ, nhóm nghiên cứu đã dùng bút vẽ một màn hình LED linh hoạt trên giấy, những dòng chữ dẫn điện cùng các ăn-ten sóng vô tuyến ba chiều. Các thử nghiệm chứng minh đường mực bạc có thể đảm nhiệm vai trò kết nối trong nhiều thiết kế có hình dạng khác nhau, thay vì chỉ tạo những đường thẳng đơn giản. Những kết quả đó cũng gợi ý rằng giấy, vốn thường được xem là vật liệu thụ động, có thể trở thành nền tảng cho các sản phẩm điện tử mềm và nhẹ. Trong một minh họa giàu tính nghệ thuật, nhóm nghiên cứu phác họa bức tranh “Sae-Han-Do” của Jung Hee Kim, gồm một ngôi nhà, một cái cây cùng vài câu văn Hán ngữ. Họ biến các nét mực bạc trong tranh thành mạch dẫn điện, giúp một điểm sáng trên mái nhà phát sáng nhờ nguồn pin 5 vôn đặt bên rìa bức tranh. Thí nghiệm này kết hợp hội họa với điện tử, cho thấy một tác phẩm nghệ thuật cũng có thể đồng thời trở thành mô hình mạch chức năng. Tiềm năng của cây bút vì thế không chỉ thu hút các kỹ sư điện tử, mà còn gây chú ý với những người làm nghệ thuật, thiết kế sản phẩm và giáo dục trực quan. Dù mực nano bạc được tạo ra trong phòng thí nghiệm, chi phí vật liệu vẫn tương đối thấp, với giá bạc khoảng 1,06 đô la mỗi gam. Jennifer Lewis ước tính một chiếc bút có giá xấp xỉ 50 đô la, còn mỗi mạch điện được vẽ tại chỗ có chi phí chưa đầy 1 đô la. Giáo sư Yi Cui thuộc khoa Thiết kế và Khoa học vật liệu của Đại học Stanford nhận xét rằng sự đơn giản của ý tưởng khiến phát minh trở nên đặc biệt đáng chú ý. Ông ví chiếc bút như một cỗ máy tương đương hàng triệu chiếc bút cùng viết một lúc, bởi mỗi nét vẽ đều có thể đảm nhận chức năng trong mạch điện. Nhóm nghiên cứu dự định đưa sản phẩm ra thị trường trong vòng 1 đến 2 năm, đồng thời tiếp tục cải tiến chức năng và mở rộng loại mực, hướng tới khả năng viết trên giấy bằng vật liệu dẫn ion.