Nhà nghiên cứu NUS lấy cảm hứng từ thiên nhiên để phát triển ‘eAir’ – một cảm biến khí đàn hồi cách mạng hóa cách phát hiện áp lực
SINGAPORE, 18 tháng 8, 2023 — Nghiên cứu viên tại Đại học Quốc gia Singapore (NUS) đã phát triển một cảm biến áp lực mới, gọi là ‘eAir’. Công nghệ này có thể được áp dụng cho phẫu thuật ít xâm lấn và cảm biến cấy ghép bằng cách trực tiếp giải quyết những thách thức liên quan đến cảm biến áp lực hiện có.
Cảm biến eAir hứa hẹn tăng độ chính xác và độ tin cậy trên các ứng dụng y tế. Nó có thể tiềm năng biến đổi phẫu thuật nội soi bằng cách cho phép phản hồi cảm giác cho bác sĩ phẫu thuật, cho phép thao tác chính xác hơn với mô bệnh nhân. Bên cạnh đó, cảm biến có thể cải thiện trải nghiệm bệnh nhân bằng cách cung cấp phương tiện ít xâm lấn hơn để theo dõi áp lực não (ICP), một chỉ số sức khỏe quan trọng đối với những người mắc bệnh thần kinh.
Dẫn đầu bởi Phó Giáo sư Benjamin TEE từ Trường Thiết kế và Kỹ thuật NUS và Viện Công nghệ Y tế và Sức khỏe NUS, kết quả nghiên cứu của nhóm đã được công bố gần đây trên tạp chí khoa học Vật liệu tự nhiên vào ngày 17 tháng 8 năm 2023.
Từ lá sen đến phòng thí nghiệm: Khai thác thiết kế của thiên nhiên
Cảm biến áp lực thông thường thường gặp khó khăn về độ chính xác. Chúng khó trả lời kết quả nhất quán khi áp dụng cùng một áp lực lặp lại và có thể bỏ qua những thay đổi nhỏ về áp lực – tất cả điều này có thể dẫn đến sai số đáng kể. Chúng thường được làm từ vật liệu cứng và không đàn hồi cơ học.
Để giải quyết những thách thức trong cảm biến áp lực, nhóm NUS đã lấy cảm hứng từ hiện tượng được gọi là “hiệu ứng lá sen” – một hiện tượng tự nhiên độc đáo mà giọt nước dễ dàng lăn trên bề mặt lá nhờ cấu trúc siêu nhỏ chống nước. Noi theo hiệu ứng này, nhóm đã phát triển một cảm biến áp lực được thiết kế để cải thiện đáng kể hiệu suất cảm biến.
“Cảm biến, tương tự như một ‘công tơ đo lường’ vi mô, có thể phát hiện những thay đổi áp lực nhỏ – phản ánh độ nhạy cảm của lá sen đối với sự chạm nhẹ của giọt nước”, Phó Giáo sư Tee giải thích.
Sử dụng thiết kế “lò xo không khí” độc đáo, cảm biến eAir chứa một lớp không khí bị mắc kẹt, tạo thành một giao diện không khí-chất lỏng khi tiếp xúc với dung dịch của cảm biến. Khi áp lực bên ngoài tăng lên, lớp không khí này nén lại. Một xử lý bề mặt khiến chuyển động của giao diện trong cảm biến diễn ra một cách trơn tru, gây ra sự thay đổi tín hiệu điện mà phản ánh chính xác áp lực được áp dụng. Sử dụng thiết kế này, khả năng chống nước tự nhiên của lá sen đã được tưởng tượng lại thành một công cụ cảm biến áp lực đơn giản nhưng tinh tế.