Thiết bị số tự hồi phục khi hỏng

Thiết bị số đang hiện diện dày đặc trong đời sống, từ những sản phẩm phục vụ liên lạc, giải trí đến các hệ thống điện tử hỗ trợ nhiều hoạt động hằng ngày. Hầu như mỗi năm, người tiêu dùng có điều kiện lại sắm thêm thiết bị mới, đôi khi vì sức hấp dẫn của công nghệ mới, đôi khi vì sản phẩm cũ đã hỏng. Tuy nhiên, vẻ ngoài hiện đại không đồng nghĩa với độ bền tuyệt đối, bởi thiết bị càng công nghệ cao thường càng dễ gặp sự cố và khó sửa chữa khi linh kiện bên trong bị tổn thương. Nhằm giải quyết điểm yếu đó, các kỹ sư thuộc Đại học Illinois đã phát triển một dòng thiết bị điện tử thông minh, có khả năng tự động khắc phục hư hỏng trước khi người dùng nhận ra. Giải pháp tập trung vào những đường mạch dẫn điện, nơi chỉ một vết nứt nhỏ cũng có thể làm gián đoạn hoạt động của toàn bộ thiết bị. Nhóm nghiên cứu gắn các ống nang cực nhỏ bên trên một con chip, tạo thành hệ thống hỗ trợ phục hồi nhanh cho phần mạch vừa bị đứt. Khi đường mạch xuất hiện vết nứt, cấu trúc này không cần người dùng tháo máy, tìm lỗi hoặc mang thiết bị đến trung tâm sửa chữa như cách thông thường. Cơ chế tự phục hồi bắt đầu hoạt động khi vết nứt trên mạch điện tiếp tục mở rộng, tạo lực tác động khiến những ống nang nhỏ bị phá vỡ. Sau khi vỡ, các ống nang giải phóng kim loại lỏng vào khu vực bị tổn thương, nơi vật liệu này lấp đầy khoảng trống giữa hai phần mạch. Kim loại lỏng tạo cầu nối mới, khôi phục đường đi của dòng điện và giúp thiết bị tiếp tục vận hành mà không cần quy trình sửa chữa thủ công. Theo kết quả nghiên cứu được chuyên san Advanced Materials dẫn lại, tính năng dẫn điện ở phần mạch bị đứt có thể phục hồi trong thời gian chưa đầy một giây. Tốc độ này đặc biệt đáng chú ý vì người sử dụng có thể không kịp nhận biết sự cố đã xảy ra bên trong thiết bị. Công nghệ của Đại học Illinois vì thế mở ra hướng tiếp cận khác cho việc kéo dài tuổi thọ sản phẩm điện tử, thay vì chỉ tập trung thay thế linh kiện hỏng. Nếu được ứng dụng trong sản xuất thiết bị số, các nhà sản xuất có thể tích hợp cơ chế tự vá mạch vào những sản phẩm dễ bị ảnh hưởng bởi nứt gãy. Thiết bị khi đó vẫn có thể duy trì hoạt động sau một số tổn thương nhất định, nhờ khả năng phục hồi nhanh của hệ thống ống nang chứa kim loại lỏng. Dù vậy, công nghệ này không nhất thiết khiến người tiêu dùng ngừng mua sản phẩm mới, bởi nhu cầu nâng cấp vẫn chịu ảnh hưởng từ sức hấp dẫn của tính năng hiện đại. Người dùng có thể tiếp tục lựa chọn thiết bị mới mỗi năm vì muốn trải nghiệm công nghệ mới, ngay cả khi sản phẩm cũ đã có cơ chế tự sửa chữa. Giá trị rõ ràng hơn của giải pháp nằm ở những môi trường sửa chữa gần như không thể thực hiện, nơi thiết bị hỏng có thể gây hậu quả nghiêm trọng. Một ví dụ được đề cập là các phi thuyền thực hiện hành trình hướng tới sao Hỏa, nơi khoảng cách với Trái đất khiến việc hỗ trợ kỹ thuật trở nên đặc biệt khó khăn. Trong chuyến bay dài ngày, phi hành gia không thể dễ dàng chờ linh kiện thay thế, gửi thiết bị về Trái đất hoặc yêu cầu kỹ thuật viên trực tiếp xử lý sự cố. Một mạch điện tự phục hồi trong chưa đầy một giây có thể giúp duy trì hoạt động của hệ thống, giảm nguy cơ gián đoạn do lỗi dẫn điện. Khả năng ấy biến những ống nang siêu nhỏ trên chip thành một lớp bảo vệ chủ động, thay vì chỉ là bộ phận thụ động chờ người khác sửa chữa. Nghiên cứu hiện cho thấy vật liệu và cơ chế phù hợp có thể giúp thiết bị điện tử phản ứng trực tiếp trước hư hỏng xảy ra bên trong. Từ các sản phẩm tiêu dùng đến thiết bị phục vụ hành trình không gian, công nghệ tự phục hồi mở ra triển vọng kéo dài tuổi thọ điện tử trong nhiều lĩnh vực.