NHẬT BẢN – Các nhà nghiên cứu từ đại học Tohoku (Tohoku university) đã phát triển một bộ truyền động sợi mềm siêu mịn, có khả năng uốn cong, co lại và tạo ra các chuyển động ba chiều phức tạp khi có dòng điện chạy qua. Công nghệ này mở ra một hướng đi mới cho việc chế tạo các robot mềm an toàn hơn và các thiết bị đeo ôm sát cơ thể, được thiết kế để tương tác chặt chẽ với con người.

Bộ truyền động sợi mềm được chế tạo bằng phương pháp kéo sợi nhiệt

Bộ truyền động mềm (soft actuator), những vật liệu chuyển đổi điện năng thành chuyển động, là thành phần then chốt trong các công nghệ thế hệ mới như robot mềm, thiết bị y tế và hệ thống hỗ trợ có thể đeo trên người. Tuy nhiên, nhiều bộ truyền động truyền thống vẫn dựa trên các vật liệu kim loại như hợp kim nhớ hình (shape-memory alloy) (*). Những vật liệu này thường cứng, bị giới hạn về khả năng chuyển động tự do và cần các phương pháp kích hoạt phức tạp liên quan đến nhiệt độ hoặc từ trường.
(*) Shape-memory alloy: là một loại vật liệu thông minh có khả năng “ghi nhớ” và quay trở lại hình dạng ban đầu của nó sau khi bị biến dạng, thông qua việc tác động bởi một kích thích nhiệt (nhiệt độ) hoặc áp suất thích hợp.

Để vượt qua những thách thức này, một đội ngũ nghiên cứu quốc tế do Phó Giáo sư Yuanyuan Guo tại đại học Tohoku dẫn đầu đã phát triển một bộ truyền động bằng sợi polymer linh hoạt. Dự án này được thực hiện với sự hợp tác của các nhà nghiên cứu từ phòng thí nghiệm MatéIS (MatéIS laboratory) tại học viện khoa học ứng dụng quốc gia Lyon (INSA Lyon, ở Pháp) và phòng thí nghiệm hỗn hợp Nhật – Pháp ELyTMaX (ELyTMaX Japan-France joint laboratory).

Các nhà nghiên cứu đã tinh chỉnh một kỹ thuật sản xuất vốn ban đầu được phát triển để chế tạo sợi quang học, gọi là phương pháp kéo sợi nhiệt (thermal drawing) (*). Bằng cách tối ưu hóa quy trình kéo, nhóm nghiên cứu đã chế tạo được các sợi truyền động có độ dày chỉ tương đương một sợi tóc của con người, trong khi vẫn bảo toàn được độ mềm mại và tính linh hoạt về mặt cơ học của vật liệu.
(*) Thermal drawing: là một quy trình chế tạo vật liệu, trong đó một cấu trúc ban đầu được gọi là phôi (preform) được gia nhiệt đến trạng thái mềm, sau đó kéo giãn thành sợi dài với kích thước nhỏ hơn. Điểm đặc biệt của phương pháp này là toàn bộ cấu trúc bên trong của phôi, bao gồm các lớp vật liệu hoặc thành phần chức năng, … vẫn được bảo toàn theo tỷ lệ sau khi kéo. Nhờ đó, phương pháp này không chỉ tạo ra các sợi vật liệu thông thường mà còn cho phép tích hợp nhiều chức năng trong cùng một sợi.

Bộ truyền động mới này được phát triển từ nhựa polyurethane nhiệt dẻo, một loại vật liệu có độ đàn hồi cao, đóng vai trò như một chất điện môi đàn hồi (dielectric elastomer), nghĩa là nó sẽ biến dạng khi có điện trường tác động. Thông qua việc xác định các điều kiện xử lý tương thích với quy trình kéo sợi nhiệt, nhóm nghiên cứu đã sản xuất thành công các sợi phản ứng với điện áp bằng cách uốn cong, co rút và tạo ra các chuyển động sóng ba chiều.

Phó Giáo sư Guo chia sẻ: “Bằng cách kết hợp các kỹ thuật sản xuất sợi với những vật liệu từ mềm (soft electroactive materials) (*), nhóm nghiên cứu đã tạo ra một trong những bộ truyền động điều khiển bằng điện mỏng và mềm nhất từng được ghi nhận dưới dạng sợi. Vì bộ truyền động này hoạt động tương tự như một sợi chỉ, nó có thể dễ dàng được tích hợp vào các loại vải dệt và những cấu trúc linh hoạt khác.”
(*) Soft electroactive materials: là một nhóm vật liệu thông minh có khả năng thay đổi hình dạng, kích thước hoặc tính chất cơ học (như độ cứng) một cách đáng kể khi có kích thích từ điện trường.

Hình dáng dạng sợi của loại vật liệu này đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng thực tiễn; khác với các bộ truyền động dạng phẳng hoặc cồng kềnh, thiết bị mới này có thể được quấn thành hình xoắn ốc, đan thành vải hoặc dệt thành các cấu trúc ba chiều phức tạp. Đặc điểm này cho phép bộ truyền động tạo ra những chuyển động vốn khó thực hiện đối với các hệ thống phẳng truyền thống, trong khi vẫn duy trì cảm giác cơ học mềm mại như cao su, phù hợp để tiếp xúc trực tiếp với cơ thể con người. Nhờ tính chất mềm và độ đàn hồi cao, thiết bị có thể tạo ra các chuyển động có kiểm soát mà không cần đến các thành phần cứng, những bộ phận vốn thường gây ra cảm giác khó chịu hoặc các mối lo ngại về an toàn.

Hướng tới tương lai, các nhà nghiên cứu dự định sẽ cải thiện hiệu suất của bộ truyền động bằng cách tối ưu hóa vật liệu điện cực và tinh chỉnh cấu trúc bên trong của sợi. Họ cũng đặt mục tiêu tích hợp thêm các tính năng bổ sung như chức năng cảm biến và các kênh dẫn vi lưu (fluidic channel) (*) vào cùng một nền tảng sợi. Cuối cùng, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ phát triển được các loại sợi đa năng có khả năng cảm nhận môi trường xung quanh và chuyển động đáp ứng, từ đó hiện thực hóa một thế hệ công nghệ robot mới nhẹ nhàng và ôm sát cơ thể.
(*) Fluidic channel: là những đường ống hoặc rãnh có kích thước siêu nhỏ (thường ở mức micromet hoặc milimet) được thiết kế bên trong một vật liệu để dẫn truyền, kiểm soát và thao tác với các loại chất lỏng (nước, hóa chất, máu) hoặc chất khí.

Để xem các tin bài khác về “Bộ truyền động sợi mềm”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Electronics Online

Lưu ý: 

Để xem và khai thác hiệu quả nội dung của video clip nói trên (từ YouTube/ một dịch vụ của Google), Quý vị có thể thực hiện các bước sau:
1. Nếu tốc độ internet nhanh, có thể mở chế độ xem toàn màn hình bằng cách nhấn vào khung [ ] tại góc phải (phía dưới góc phải của video)
2. Chọn chế độ hình ảnh tốt nhất của đoạn video, hãy click vào hình bánh xe răng cưa và chọn chất lượng cao hơn (hoặc HD) theo ý muốn
3. Để hiển thị nội dung phụ đề, nhấn vào nút biểu tượng phụ đề [cc]. Một số video không có chức năng này sẽ không có biểu tượng phụ đề.
4. Quý vị có thể nghe hiểu tiếng Anh và có nhu cầu chia sẻ thông tin đến cộng đồng, hãy hỗ trợ techMAG biên dịch nội dung video và gửi cho chúng tôi để có cơ hội đăng thông tin lên technologyMag.net