Áo thông minh dùng sợi nano carbon đo nhịp tim

Phòng thí nghiệm Brown School of Engineering của kỹ sư phân tử và hóa học Matteo Pasquali báo cáo trên tạp chí Nano Letters của Hiệp hội Hóa học Mỹ rằng họ đã khâu các sợi ống nano vào quần áo thể thao để theo dõi nhịp tim và ghi nhận điện tâm đồ liên tục (EKG) của người mặc.

Theo nhóm nhà nghiên cứu, các sợi này có tính dẫn điện như dây kim loại, nhưng có thể giặt được, thoải mái và khó bị đứt hơn khi cơ thể vận động. Nhìn chung, chiếc áo sơ mi mà họ cải tiến có khả năng thu thập dữ liệu tốt hơn so với màn hình dây đeo ngực tiêu chuẩn lấy các phép đo trực tiếp trong quá trình thử nghiệm. Khi kết hợp với các màn hình điện cực y tế thương mại, chiếc áo ống nano carbon cho ra kết quả EKG tốt hơn.

Lauren Taylor, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Áo phải ôm sát vào ngực. Trong loạt nghiên cứu trong tương lai, chúng tôi sẽ tập trung vào việc sử dụng những mảng sợi ống nano carbon dày đặc hơn để có nhiều diện tích bề mặt hơn tiếp xúc với da”. Nhóm nhà nghiên cứu lưu ý rằng sợi ống nano mềm và linh hoạt, và quần áo kết hợp chúng có thể giặt bằng máy. Các sợi có thể được may bằng máy thành vải giống như chỉ tiêu chuẩn. 

Kiểu đường may ngoằn ngoèo cho phép vải kéo dài mà không làm đứt chúng. Taylor cho biết, các sợi này không chỉ cung cấp khả năng tiếp xúc điện ổn định với da của người mặc mà còn đóng vai trò như điện cực để kết nối thiết bị điện tử như bộ phát Bluetooth chuyển tiếp dữ liệu đến điện thoại thông minh hoặc kết nối với màn hình Holter có thể được cất gọn trong túi của người dùng.

Phòng thí nghiệm của Pasquali đã giới thiệu sợi ống nano carbon vào năm 2013. Kể từ đó, các sợi này, mỗi sợi chứa hàng chục tỷ ống nano, đã được nghiên cứu để sử dụng làm cầu nối để sửa chữa trái tim bị tổn thương, làm giao diện điện với não, sử dụng trong cấy ghép ốc tai điện tử, làm ăng-ten linh hoạt và cho các ứng dụng ô tô và hàng không vũ trụ. 

Sự phát triển của chúng cũng là một phần của Trung tâm Carbon dựa trên Rice - một sáng kiến nghiên cứu đa trường do Rice dẫn đầu và được khởi động vào năm 2019. Các sợi ống nano ban đầu, rộng khoảng 22 micron, quá mỏng để một máy may có thể xử lý. Taylor cho biết một người thợ làm dây thừng tạo ra loại chỉ có thể may được, về cơ bản là 3 bó gồm 7 sợi, được dệt thành một kích thước gần tương đương với chỉ thông thường.

Taylor giải thích: “Chúng tôi làm việc với một người bán những chiếc máy nhỏ được thiết kế để làm dây thừng cho tàu mô hình. Anh ấy chế tạo cho chúng tôi thiết bị quy mô trung bình hoạt động tương tự”. Họa tiết ngoằn ngoèo có thể được điều chỉnh để tính đến mức độ giãn của áo sơ mi hoặc các loại vải khác. Taylor cho biết nhóm đang làm việc với Tiến sĩ Mehdi Razavi và đồng nghiệp của ông tại Viện Tim Texas để tìm ra cách tiếp xúc tối đa với da.

Theo nhóm nhà nghiên cứu, sợi dệt thành vải cũng có thể được sử dụng để nhúng ăng-ten hoặc đèn LED. Những sửa đổi nhỏ đối với hình dạng của sợi và thiết bị điện tử liên quan cuối cùng có thể cho phép quần áo theo dõi một số dấu hiệu quan trọng - lực gắng sức hoặc tốc độ hô hấp.

Taylor lưu ý những ứng dụng tiềm năng khác có thể bao gồm giao diện người- máy cho ô tô hoặc robot mềm, hoặc làm ăng-ten, máy theo dõi sức khỏe và bảo vệ tên lửa đạn đạo trong quân đội. Taylor bình luận: “Chúng tôi đã chứng minh với một cộng tác viên cách đây vài năm rằng sợi ống nano carbon có khả năng tiêu tán năng lượng trên cơ sở trọng lượng tốt hơn Kevlar”.

Pasquali nhận định: “Chúng tôi thấy rằng, sau hai thập niên phát triển trong các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới, vật liệu này hoạt động tốt trong nhiều ứng dụng. Do sự kết hợp của độ dẫn điện, khả năng tiếp xúc tốt với da, tính tương thích sinh học và độ mềm mại, sợi ống nano carbon là một thành phần tự nhiên cho thiết bị đeo được”.

Pasquali cho rằng thị trường thiết bị đeo, mặc dù tương đối nhỏ, nhưng có thể mở đường cho một thế hệ vật liệu bền vững mới được tạo ra từ hydrocacbon thông qua quá trình tách trực tiếp - một quy trình cũng tạo ra hydro sạch. Phát triển những vật liệu như vậy là trọng tâm của Trung tâm Carbon. Pasquali kết luận: “Chúng ta đang ở trong tình trạng tương tự như pin mặt trời cách đây vài thập niên. Chúng tôi cần các nhà lãnh đạo ứng dụng có thể tạo ra lực đẩy để mở rộng quy mô sản xuất và tăng hiệu quả”.