Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Đại Liên (Trung Quốc) đã lấy cảm hứng từ da mực đổi màu để tạo ra một loại da nhân tạo mới, có thể co giãn để tái tạo xúc giác của con người hoặc phát hiện chính xác thuộc tính xúc giác của vật thể.

Theo bài viết trên Tạp chí Kỹ thuật Hóa học, loại da điện tử này rất linh hoạt và chịu được nhiệt độ khắc nghiệt, đồng thời có đặc tính kháng khuẩn.

Chia sẻ với trang tin Tech Xplore, tiến sĩ Wenbin Niu, một trong những người thực hiện nghiên cứu, cho biết: “Da sinh học biến đổi thông tin môi trường thành tín hiệu điện sinh học và truyền đến hệ thần kinh để nhận biết sức căng bên ngoài, cảm giác xúc giác, độ rung và nhiệt độ”.

“Ngoài các tín hiệu điện sinh học, da của động vật chân đầu (ví dụ mực) còn có thể chủ động nhận thức hơn nữa trong môi trường phức tạp, thông qua sự thay đổi màu sắc , để giao tiếp, tán tỉnh, ngụy trang và thậm chí cả điều chỉnh nhiệt độ”.

Tiến sĩ Niu và đồng nghiệp của ông đã tạo ra da nhân tạo dựa trên một hệ thống ion quang tử, cho phép phát ra đồng bộ các tín hiệu quang điện. Ngoài ra, nó còn tích hợp hàng loạt phân tử monoglyceride laurate, có khả năng tiêu diệt hơn 99,9% vi khuẩn và nấm.

Ông giải thích: “Da mực với màu sắc tươi sáng có nguồn gốc từ tổ hợp nano quang tử phân lớp của các protein phản xạ trong tế bào iridophore. Chúng tôi đã xây dựng thành công cấu trúc nano quang tử giống mực bằng phân tử kháng khuẩn tự lắp ráp theo cấp bậc, cụ thể là monoglyceride laurate”.

“Cấu trúc nano quang tử này được định vị trong một mạng lưới gel đàn hồi. Sau đó, chúng tôi đưa vào chất chống đông PEG200 và các ion dẫn điện và thu được ion quang tử da”.

Khi da nhân tạo tiếp xúc với các kích thích bên ngoài, chẳng hạn như khi nó chạm vào một bề mặt, mạng cấu trúc nano quang tử sẽ thay đổi nhanh chóng, dẫn đến sự thay đổi màu sắc chỉ trong thời gian ngắn. 

Đồng thời, sự vận chuyển ion và tính di động trong da cũng thay đổi để phản hồi phản ứng tín hiệu quang điện kép đồng bộ.

Da ion quang tử bao gồm laurate monoglyceride, có thể tiêu diệt gần như tất cả vi khuẩn gram dương và nấm. Đây là chức năng rất có giá trị trong chế tạo các bộ phận giả trên cơ thể người và những công nghệ y tế khác. 

Cuối cùng, PEG200 trong da có điểm đóng băng thấp, giúp tăng khả năng chống chịu nhiệt độ thấp (tức là giảm nguy cơ bị đóng băng hoặc trở nên khô), đồng thời duy trì đầu ra tín hiệu kép trong môi trường khắc nghiệt.

Tiến sĩ Niu cho biết thêm: “Chúng tôi đã lấy cảm hứng từ da mực thay đổi màu sắc để đưa cấu trúc nano quang tử vào da điện tử, làm tăng khả năng cảm nhận của nó. Bên cạnh việc cung cấp phản hồi định lượng, ghi lại và phân tích các thay đổi kích thích thông qua tín hiệu điện, màu sắc da điện tử cũng giúp xác định thông tin phức tạp hơn như vị trí, hình dạng và phân phối kích thích”.

Thông qua những đánh giá ban đầu, da nhân tạo đã đạt được kết quả rất hứa hẹn. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra, đầu ra đồng bộ của hai tín hiệu còn cho phép phân biệt giữa các kích thích xúc giác và môi trường khác nhau. 

Trong tương lai, lớp da mới này có thể được sử dụng để tăng cường khả năng của nhiều loại thiết bị, bao gồm thiết bị đeo được, rô-bốt mềm, chân tay giả điện tử và giao diện tương tác với máy tính của con người.

Các nhà nghiên cứu dự kiến sẽ tiếp tục khám phá thêm cấu trúc sinh học của một số loài khác và phát triển lớp da mô phỏng sinh học tương ứng.

Thu Nga