Khung xương nhân tạo từ sợi vải giúp người khuyết tật di chuyển

Các bó cơ nhân tạo được dệt thoi và dệt kim có thể tạo ra lớp khung xương mềm, thuận tiện cho việc mặc bên trong lớp quần áo thường và cho phép người khuyết tật cử động linh hoạt hơn.

Theo một nghiên cứu này, các bó cơ nhân tạo được dệt thoi và dệt kim có thể tạo ra lớp khung xương mềm, thuận tiện cho việc mặc bên trong lớp quần áo thường và cho phép người khuyết tật cử động linh hoạt hơn.

Dệt may là một trong những công nghệ lâu đời nhất của nhân loại. Và trong thời gian gần đây, hàng loạt cải tiến được đầu tư để làm mới ngành công nghiệp này nhằm tạo ra những sợi vải thông minh có thể giúp con người từ việc “thu hoạch” năng lượng từ môi trường xung quanh đến chức năng theo dõi, hỗ trợ sức khỏe của chúng ta.

Cụ thể, các nhà nghiên cứu Thụy Điển đã tạo ra bộ truyền động, loại thiết bị được làm từ sợi xelulo và bao phủ bởi lớp polyme có khả năng chuyển đổi năng lượng vào các chuyển động. Sau đó, các dây chuyền dệt may công nghiệp tiêu chuẩn được sử dụng để dệt thoi và dệt kim các sợi này lại với nhau thành khung xương nhân tạo từ vải dệt, và được gọi là “textuators” (tạm dịch: vải truyền động).

Một nghiên cứu gần đây cho ra mắt mô hình khung xương nhân tạo với bộ truyền động từ vải dệt (màu đen) được đặt trên một thiết kế đàn hồi dạng ống tay áo (màu trắng)

Bộ khung xương nhân tạo này có thể thúc đẩy khả năng nâng cơ hoặc cải thiện khả năng đi lại cho người khuyết tật. Tuy nhiên, chúng vẫn phụ thuộc vào động cơ điện và hệ thống khí nén, vốn khá cồng kềnh, ồn ào và thô cứng. Các nhà nghiên cứu chia sẻ rằng, họ vẫn đang tiếp tục dự án với mục tiêu giúp sản xuất hàng loạt loại khung xương hỗ trợ với chất liệu mềm mại và không gây tiếng ồn dựa trên nền tảng công nghệ dệt may. Ngoài ra, đây cũng sẽ là động thái tích cực để cải thiện bộ truyền động cho soft robotics (robot cấu trúc mềm).

Trưởng nhóm nghiên cứu, giáo sư vật lý ứng dụng Edwin Jager, Đại học Linköping, Thụy Điển cho hay: “Giấc mơ của chúng tôi là tạo ra một bộ khung xương dưới dạng lớp quần áo ẩn giúp hỗ trợ người cao tuổi, ngày khuyết tật phục hồi các thương tổn. Và trong một ngày không xa, họ có thể đi lại bình thường.” 

Họ chọn phần lõi là sợi xenlulozo, một loại sợi có độ tương thích sinh học và khả năng tái tạo cao, và tiến hành kết hợp dệt kim và dệt thoi để tạo ra các bó sợi. Các bó sợi này tiếp tục được phủ một lớp chất liệu polymer gọi là polypyrrole (PPy) bằng công nghệ nhuộm vải thương mại.

Ppy vốn đã được sử dụng rộng rãi để tạo ra bộ truyền động mềm bởi khả năng thay đổi kích thước khi gặp điện áp có cường độ thấp. Khả năng này tạo ra bởi sự di chuyển ra vào liên tục của các ion và dung môi trong ma trận polyme. Khi bọc sợi vải bởi chất liệu này, nó sẽ khiến chúng co lại khi gặp điện áp dương và giãn nở khi gặp điện áp âm.

Vào ngày 25.01 vừa qua, một nghiên cứu khác cũng được công bố trực tuyến trên tạp chí Science Advances tìm ra rằng, bộ truyền động bằng chất liệu vải dệt thoi sẽ tạo ra được hiệu quả cao hơn và ít giãn hơn so với phương pháp dệt kim. 

Bằng cách thay đổi phương pháp sản xuất và thử nghiệm các mô hình giữa dệt thoi hoặc dệt kim, việc điều chỉnh hiệu suất hoạt động và sức căng của bộ truyền động bằng vải hoàn toàn nằm trong tầm tay, Jager chia sẻ. Để chứng minh khả năng của phương pháp này, các nhà khoa học tích hợp một loại vải dệt kim thành một tay đòn Lego và nó đã có thể nâng 0.07 ounces (2 gram) trọng lượng.

Xing Fan, một nhà kĩ sư hóa học ứng dụng đến từ đại học Chongqing – Trung Quốc, với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực vải sợi thông minh cũng vô cùng lạc quan về nghiên cứu này với tạp chí Live Science. Theo ông, đây là một bước tiến tích cực và mang tính giá trị thương mại cao thông qua việc tập trung vào bộ truyền động sử dụng sợi vải thông minh. Tuy nhiên, vẫn còn một số vấn đề cần khắc phục về lâu dài. Đến thời điểm hiện tại, loại “vải truyền động” này vẫn còn phải ngâm trong chất điện phân lỏng, nhằm cung cấp ion cho PPy. Tuy nhiên, loại khung cơ nhân tạo này cũng phản ứng chậm hơn rất nhiều so với cơ động vật có vú, mất hàng phút để co và giãn hoàn toàn.

“Sau thời gian nâng cấp và hoàn thiện, tôi tin rằng sản phẩm này sẽ sớm được các nhà đầu tư chú ý và sản xuất phục vụ người tiêu dùng”, Fan biểu hiện sự lạc quan. Về phần Jager, ông cũng cho hay nhóm nghiên cứu đang tiếp tục tập trung vào khắc phục các vấn đề hiện tại để thiết kế đời thứ 2 của “vải truyền động” này. Ông cũng chia sẻ thêm rằng, các dây chuyền dệt công nghiệp hoàn toàn có thể khắc phục bằng cách giảm đường kính của sợi vải xuống vài micro-mét để làm giảm bớt thời gian phản hồi co – giãn của chúng. 

Song song đó, các nhà nghiên cứu cũng đang tìm cách đưa vào các chất điện phân vào cố định bên trong vải để nó có thể hoạt động trực tiếp trong không khí.

Nhóm nghiên cứu chọn PPy vì đây là một chất liệu quen thuộc, tuy nhiên để đạt được hiệu quả cao đòi hỏi phải sử dụng chất liệu sợi dày, vốn là nguyên nhân làm chậm thời gian co – giãn của khung cơ nhân tạo. Theo Jager, một cải tiến quan trọng có thể áp dụng cho vấn đề này là mô phỏng theo bó sợi cơ của con người để sắp xếp các sợi vải theo chiều song song, điều này sẽ làm tăng sức mạnh của khung cơ mà không làm tăng thời gian phản hồi.  

“Thực tế, có rất nhiều cách để thiết kế bộ truyền động bằng sợi vải thông minh. Có thể hiện tại, sản phẩm của chúng tôi chưa phải là tốt nhất. Tuy nhiên, tôi hy vọng rằng, chúng ta sẽ luôn nỗ lực tìm kiếm những chất liệu tốt hơn mỗi ngày và biết đâu đấy, công nghệ của chúng tôi có thể là kim chỉ nam để cải thiện loại sợi vải ưu việt hơn nữa”, Jager nói.

Suckhoecuocsong.com.vn. ( Theo Khampha)(LiveScience