Các nhà khoa học vừa tạo nên một bước đột phá trong lĩnh vực vật liệu thông minh khi phát triển thành công loại sợi truyền động (actuator fiber) siêu mảnh. Với độ mỏng bằng một sợi tóc, phát kiến này được kỳ vọng sẽ mở ra kỷ nguyên mới cho robot mềm an toàn hơn và những thiết bị đeo thông minh ôm sát cơ thể, tối ưu hóa khả năng tương tác giữa người và máy.
Công trình này là thành quả hợp tác giữa các nhà nghiên cứu từ Đại học Tohoku (Nhật Bản) và các chuyên gia quốc tế tại Pháp. Loại “len mềm” siêu mịn này không chỉ đơn thuần là một loại sợi dệt; chúng có khả năng tự uốn cong, co giãn và thực hiện các chuyển động ba chiều (3D) phức tạp ngay khi có kích thích từ dòng điện.
Sự giao thoa giữa kỹ thuật dệt sợi và vật liệu điện hoạt
Điểm vượt trội của loại sợi này nằm ở khả năng ứng dụng thực tiễn cực cao nhờ hình dáng sợi chỉ. Khác với các bộ truyền động dạng tấm phẳng hay khối cồng kềnh, sợi fiber mới có thể quấn thành lò xo xoắn, đan thành vải hoặc dệt trực tiếp vào các cấu trúc 3D phức tạp. Điều này cho phép tạo ra những chuyển động mềm mại mà các hệ thống cơ khí truyền thống không thể thực hiện được, đồng thời mang lại cảm giác êm ái như cao su, hoàn toàn an toàn khi tiếp xúc trực tiếp với làn da con người.
Giải quyết bài toán độ cứng trong robot học
Trong bài báo công bố trên tạp chí khoa học danh tiếng ACS Omega , nhóm nghiên cứu thừa nhận các sợi truyền động trước đây thường bị giới hạn bởi độ cứng quá cao và cấu trúc kích hoạt rườm rà do sử dụng vật liệu cứng hoặc hệ thống điều khiển từ tính phức tạp.
Nghiên cứu nhấn mạnh: “Để vượt qua rào cản của các hệ thống sợi kéo nhiệt hiện nay, chúng tôi giới thiệu loại sợi truyền động mềm hoàn toàn bằng polymer dựa trên chất đàn hồi điện môi. Polyurethane (PU) nhiệt dẻo được chọn làm vật liệu nền nhờ sự tương thích tuyệt vời với quy trình kéo sợi nhiệt và phản ứng điện hoạt nhạy bén.”
Kết quả đo lường cho thấy các sợi truyền động đàn hồi điện môi (DEA) này sở hữu độ mềm tự nhiên với mô-đun Young tổng thể đạt mức 37 MPa. Thông số này cho phép chúng thực hiện các chế độ vận động đa dạng từ uốn, nén đến xoáy 3D dưới sự điều khiển của dòng điện. Theo báo cáo, độ biến dạng nén ước tính đạt 1,59% ở tần số 1 Hz và điện trường 2,4 MV/m – một con số ấn tượng và nhất quán với các tiêu chuẩn khắt khe trong giới khoa học vật liệu.
