Các kỹ sư và đồng nghiệp tại MIT đã phát triển một loại gel mềm, dẻo có khả năng thay đổi đáng kể độ dẫn điện khi chiếu ánh sáng. Nguồn: Phòng thí nghiệm Wallin, MIT

Lĩnh vực điện tử ion đang phát triển, lĩnh vực này liên quan đến việc truyền dữ liệu thông qua các ion, hay các phân tử mang điện tích. Điện tử học cũng làm điều tương tự, nhưng với các electron. Nhưng trong khi điện tử học đã được thiết lập vững chắc, điện tử ion vẫn đang trong quá trình phát triển, với một ngoại lệ lớn: các hệ thống sống. Các tế bào trong cơ thể chúng ta giao tiếp với nhiều loại ion khác nhau, từ kali đến natri.

Ngược lại, công nghệ ionotronics có thể tạo ra cầu nối giữa điện tử và mô sinh học. Các ứng dụng tiềm năng trải rộng từ công nghệ thiết bị đeo mềm mại đến giao diện người-máy.

"Chúng tôi đã tìm ra một cơ chế để điều khiển động lực học mật độ ion cục bộ trong vật liệu mềm," Thomas J. Wallin, Giáo sư Phát triển Sự nghiệp John F. Elliott tại Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu của MIT và là người đứng đầu nghiên cứu, cho biết. "Điều đó có thể cho phép tạo ra một hệ thống tự thích ứng với các tác động từ môi trường, trong trường hợp này là ánh sáng."

Nói cách khác, hệ thống có thể tự động thay đổi để đáp ứng với sự thay đổi của ánh sáng, điều này có thể cho phép xử lý tín hiệu phức tạp trong các vật liệu mềm. Công trình này đã được công bố trực tuyến trên Tạp chí Nature Communications .

Một lĩnh vực đang phát triển

Mặc dù các nhà nghiên cứu khác đã phát triển các vật liệu ionotronic có độ dẫn điện cao cho phép các ion di chuyển nhanh chóng, nhưng độ dẫn điện đó không thể kiểm soát được. "Những gì chúng tôi đang làm là sử dụng ánh sáng để chuyển đổi một vật liệu mềm từ trạng thái cách điện sang trạng thái dẫn điện cao gấp 400 lần", Xu Liu, tác giả chính của bài báo, hiện là trợ lý giáo sư tại Đại học King's College London, cho biết.

Điểm mấu chốt của công trình này là một loại vật liệu được gọi là máy phát ion quang (PIG). Chúng có thể trở nên dẫn điện gấp khoảng 1.000 lần khi được chiếu sáng. Nhóm nghiên cứu tại MIT đã tối ưu hóa phương pháp kết hợp PIG vào cao su polyurethane bằng cách đầu tiên hòa tan bột PIG vào dung môi, sau đó sử dụng phương pháp trương nở để đưa nó vào cao su.

Rất nhiều tiềm năng

Vật liệu được đề cập trong công trình nghiên cứu hiện tại, sự thay đổi độ dẫn điện là không thể đảo ngược. Tuy nhiên, Liu tin tưởng rằng các phiên bản tương lai có thể chuyển đổi qua lại giữa trạng thái cách điện và dẫn điện.

Cô ấy lưu ý rằng vật liệu hiện tại được phát triển chỉ bằng một loại PIG , polyme (cao su polyurethane) và dung môi, nhưng có rất nhiều loại khác của cả ba thành phần này. Vì vậy, tiềm năng tạo ra các vật liệu mềm phản ứng với ánh sáng tốt hơn nữa là rất lớn.

Liu cũng lưu ý tiềm năng phát triển các vật liệu mềm có khả năng phản ứng với các tác động môi trường khác, chẳng hạn như nhiệt hoặc từ tính. "Chúng tôi được truyền cảm hứng để thực hiện nhiều nghiên cứu hơn trong lĩnh vực này bằng cách thay đổi động lực từ ánh sáng sang các dạng tác động môi trường khác", bà nói.

"Công trình nghiên cứu của chúng tôi có tiềm năng dẫn đến sự ra đời của một lĩnh vực phụ mà chúng tôi gọi là quang-ion điện tử mềm ," Liu tiếp tục. "Chúng tôi cũng rất hào hứng về những cơ hội từ công trình nghiên cứu này để tạo ra các máy móc mềm mới, tác động đến công nghệ thiết bị đeo mềm, giao diện người-máy, robot, y sinh học và các lĩnh vực khác."