Vật liệu mô phỏng lông mao

Các nhà khoa học thuộc Trường Đại học Nam Mississippi, Mỹ, vừa chế tạo một loại vật liệu mô phỏng cấu trúc lông và tóc của nhiều loài động vật trong tự nhiên. Công trình này hướng tới việc tạo ra những sợi vật liệu có thể cảm nhận môi trường xung quanh, tương tự cách các cấu trúc lông mao hỗ trợ cơ thể thu thập thông tin. Nhờ khả năng phản ứng trước nhiều tác nhân bên ngoài, vật liệu mới được kỳ vọng giúp thiết bị nhân tạo thích nghi linh hoạt hơn với điều kiện thay đổi. Trong tự nhiên, lông và tóc không chỉ tạo thành lớp bao phủ mà còn liên quan đến khả năng nhận biết những biến động từ môi trường. Các nhà nghiên cứu đã lấy cảm hứng từ đặc điểm đó để phát triển những phân tử da rất nhạy cảm, có thể ghi nhận tác động từ bên ngoài. Khi được đưa vào cấu trúc phù hợp, những phân tử này trở thành nền tảng cho một loại vật liệu chức năng có nhiều phản ứng đáng chú ý. Nhóm nghiên cứu sử dụng một quy trình từng được áp dụng trong nhiều năm để sản xuất sơn latex, sau đó điều chỉnh nhằm tạo ra các màng mỏng đặc biệt. Những màng này dựa trên chất đồng trùng hợp, được sắp xếp thành các cấu trúc có hình dạng tương tự những sợi lông nhỏ. Cách chế tạo đó mở ra khả năng tạo vật liệu nhẹ, mềm, có nhiều sợi cùng hoạt động, thay vì chỉ sử dụng một cảm biến cứng đơn lẻ. Điểm nổi bật nằm ở các thành phần hóa học được tích hợp trong từng sợi vật liệu, giúp chúng hoạt động như những cảm biến phân tử. Các sợi có thể phản ứng trước nhiệt độ, hóa chất, kích thích điện từ và bức xạ tia cực tím trong môi trường xung quanh. Mỗi tác nhân tạo ra một dạng đáp ứng riêng, giúp vật liệu cung cấp thêm thông tin về điều kiện mà nó đang tiếp xúc. Khi nhận kích thích, những sợi mô phỏng lông mao không đứng yên mà có thể di động, uốn cong hoặc dãn nở theo mức độ tác động. Những thay đổi hình dạng này biến phản ứng vô hình ở cấp độ phân tử thành dấu hiệu có thể quan sát hoặc đo lường bằng thiết bị. Cơ chế ấy khiến vật liệu giống một hệ thống cảm giác nhân tạo, vừa tiếp nhận thông tin vừa biểu hiện phản ứng trước môi trường. Vật liệu còn sở hữu khả năng phát huỳnh quang, nghĩa là có thể hấp thụ ánh sáng, phát ra ánh sáng và thay đổi màu sắc khi phản ứng với tia cực tím. Đặc tính này tạo thêm một kênh nhận biết trực quan, bởi người quan sát có thể phát hiện sự thay đổi thông qua màu sắc hoặc cường độ ánh sáng. So với cảm biến chỉ tạo tín hiệu điện, dấu hiệu huỳnh quang có thể hỗ trợ việc kiểm tra nhanh trong nhiều hoàn cảnh khác nhau. Các nhà khoa học nhận định loại vật liệu chức năng tiên tiến này có thể phục vụ vô số ứng dụng trong tương lai, đặc biệt ở những lĩnh vực cần phát hiện chất hoặc đánh giá môi trường. Những sợi cảm biến có thể được phát triển thành thiết bị sinh học, hỗ trợ dò tìm chất độc, ôxy hoặc ma túy trong môi trường. Chúng cũng có tiềm năng góp phần thử nghiệm mức độ an toàn của không khí và nước, những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng. Từ ý tưởng mô phỏng lông và tóc động vật, nghiên cứu đã đưa ra hướng tiếp cận mới cho việc chế tạo vật liệu biết phản ứng trước thế giới xung quanh. Khả năng kết hợp chuyển động, biến dạng, phản ứng hóa học và phát huỳnh quang khiến các sợi vật liệu trở thành nền tảng đáng chú ý cho cảm biến thế hệ mới. Dù các ứng dụng vẫn cần được nghiên cứu và phát triển thêm, công trình cho thấy cảm hứng từ sinh học có thể mở đường cho nhiều công nghệ nhận biết môi trường hiệu quả hơn.