Vải thông minh chuyển nhiệt cơ thể thành năng lượng

27/08/2024

Loại vải mới do nhóm nghiên cứu Waterloo phát triển có thể chuyển đổi nhiệt độ cơ thể và năng lượng mặt trời thành điện, cho phép hoạt động liên tục mà không cần nguồn điện bên ngoài.

Trong tương lai gần, có thể sẽ xuất hiện những chiếc áo khoác làm từ vải thông minh, sử dụng năng lượng mặt trời để giữ ấm cho người mặc.

Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Waterloo (Canada) đã cho ra mắt một công nghệ vải thông minh kể trên.

Vật liệu cải tiến này được thiết kế để chuyển hóa nhiệt độ cơ thể và ánh sáng mặt trời thành điện năng. Đặc biệt, công nghệ này loại bỏ nhu cầu sử dụng pin cồng kềnh để cung cấp năng lượng cho vải, giúp vải dễ mặc và co giãn thoải mái.

Chức năng của vải thông minh có thể được nâng cao khi tích hợp với chế độ cảm biến. Theo đó, vải có thể được sử dụng để theo dõi nhịp tim và nhiệt độ, thậm chí phát hiện các chất hóa học trong hơi thở người mặc.

“Chúng tôi đã phát triển một loại vải có khả năng cảm biến đa chức năng và có thể tự cung cấp năng lượng. Sự đổi mới này đưa chúng ta đến gần hơn với việc ứng dụng vải thông minh vào thực tiễn”, Yuning Li, giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Hóa học cho biết.

Vải thông minh co giãn

Nhóm nghiên cứu đã kết hợp thành công các vật liệu tiên tiến như MXene và polyme dẫn điện với các phương pháp sản xuất dệt may hiện đại. MXene và polyme dẫn điện là những vật liệu được biết đến với độ dẫn điện cao và tính linh hoạt.

Mảnh vải màu đen được phủ MXene cho phép vải hấp thụ ánh sáng mặt trời và nhiệt độ cơ thể và chuyển hóa thành năng lượng.

Bằng cách đặt một lớp polydopamine (PDA) dính vào vải nylon, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một bề mặt thu hút các hạt MXene thông qua liên kết hydro. Cấu trúc kết hợp này tạo ra loại vải nhiệt điện co giãn.

Hầu hết các thiết bị điện tử đeo trên người hiện nay đều cần nguồn điện bên ngoài hoặc sạc lại thường xuyên, nhưng công nghệ cải tiến mới hoàn toàn không cần sử dụng pin. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng loại vải mới này ổn định hơn, bền hơn và tiết kiệm chi phí hơn so với các lựa chọn hiện có trên thị trường.

“Công nghệ AI đang phát triển nhanh chóng, đem lại khả năng phân tích tín hiệu tinh vi để theo dõi sức khỏe, lưu trữ thực phẩm và dược phẩm, theo dõi môi trường, v.v. Tuy nhiên, tiến trình này phụ thuộc vào việc thu thập dữ liệu mở rộng, mà các cảm biến thông thường, thường cồng kềnh, nặng và tốn kém, không thể đáp ứng được”, Li, giám đốc Phòng thí nghiệm vật liệu điện tử in ấn của Waterloo cho biết.

Cũng theo ông Li, các cảm biến in, bao gồm cả cảm biến được nhúng trong vải thông minh, rất lý tưởng cho việc thu thập và giám sát dữ liệu liên tục. Loại vải thông minh mới này là một bước tiến trong việc giúp các ứng dụng trở nên thực tiễn.

Tích hợp nhiều chức năng

Để theo dõi sức khỏe, loại vải này còn có thể được sử dụng làm khẩu trang. Khi các công nghệ được tích hợp vào khẩu trang, vải thông minh chuyển đổi nhiệt độ cơ thể thành điện bằng cách sử dụng chênh lệch nhiệt độ giữa cơ thể và môi trường. Điều này cho phép người đeo theo dõi nhịp thở chính xác.

Nghiên cứu sinh tiến sĩ Jun Peng của Đại học Waterloo đang đeo khẩu trang làm từ vật liệu thông minh.

Những chiếc khẩu trang thông minh này có thể theo dõi nhiệt độ và nhịp thở, đồng thời phát hiện các chỉ số hóa học của vi-rút, ung thư phổi và các bệnh khác.

Thú vị hơn nữa, loại vải cải tiến này cũng có thể được sử dụng để theo dõi sức khỏe xương khớp. Cụ thể, khả năng cảm biến ứng suất đặc biệt của loại vải nhiệt điện dựa trên MXene này giúp theo dõi tình trạng khớp của cơ thể thông qua quá trình thay đổi định hình của vải khi người mặc hoạt động.

Ngay cả các vận động viên cũng có thể sử dụng loại vải này để theo dõi hiệu suất, thay vì sử dụng các thiết bị đeo cồng kềnh.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu có kế hoạch nâng cao hiệu suất của vải và kết hợp vải với các thành phần điện tử. Họ cũng có kế hoạch tạo ra một ứng dụng điện thoại thông minh có thể thu thập và truyền dữ liệu sức khỏe trực tiếp đến các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe. Ứng dụng này có thể cho phép theo dõi sức khỏe liên tục mà không xâm lấn.

Hoàng Dương (Theo Interestingengineering.com)