Sợi điện tử biến tay áo thành màn hình cảm ứng, giặt máy vẫn chạy tốt

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Singapore (NUS) vừa công bố một bước tiến đáng chú ý trong lĩnh vực thiết bị đeo: một màn hình cảm ứng được dệt trực tiếp vào vải bằng sợi điện tử. Thay vì gắn thêm màn hình lên cơ thể, nhóm nghiên cứu đưa chức năng hiển thị và cảm ứng vào chính từng sợi chỉ. Chiếc tay áo nguyên mẫu có thể phát video, chạy ứng dụng, nhận lệnh thoại và đo thân nhiệt — mà vẫn giặt máy được như quần áo thông thường.

Sợi điện tử tích hợp màn hình cảm ứng vào tay áo

Cách biến một sợi chỉ thành màn hình

Mạch điện tử thông thường được thiết kế trên bề mặt phẳng, nơi linh kiện có thể bố trí và kết nối theo hai chiều. Sợi chỉ thì hẹp và có dạng hình trụ, gần như không còn chỗ cho hệ thống dây dẫn phức tạp. Để vượt qua rào cản này, nhóm của Phó Giáo sư Tural Khudiyev đã phát triển một kiến trúc liên kết cho phép hàng nghìn linh kiện vi điện tử kết nối dọc theo một sợi duy nhất.

Quy trình bắt đầu từ những sợi dây siêu nhỏ có lớp cách điện. Một tia laser làm lộ các điểm cụ thể trên bề mặt, trong khi kỹ thuật làm ướt có kiểm soát dẫn thiếc hàn nóng chảy đến đúng vị trí, tạo mối nối điện mà không dính sang vùng không mong muốn. Bằng cách này, nhóm đã tích hợp hơn 5.000 chip thông qua hơn 20.000 mối nối điện.

Các đèn LED số đã kết nối sau đó được đưa vào một sợi đa lớp bằng quy trình kéo nhiệt (thermal drawing). Sợi thành phẩm có đường kính khoảng 1 mm và dài tới 10 mét, với các lớp riêng biệt phụ trách hiển thị hình ảnh và phát hiện chạm. Một lớp cảm ứng nằm bên dưới đèn LED: khi có ngón tay ấn xuống, mạch điện được khép kín, hệ thống xác định vị trí chạm và thắp sáng điểm ảnh gần nhất. Nhờ vậy, hiển thị và tương tác diễn ra ngay trong cùng một sợi chỉ.

Cấu trúc sợi đa lớp chứa đèn LED và lớp cảm ứng chạm

Một thiết bị hành xử như vải

Với nguyên mẫu, nhóm nghiên cứu luồn 54 sợi mang điểm ảnh vào phần cẳng tay của chiếc áo. Mỗi sợi chứa 96 đèn LED, kết hợp thành màn hình 96×54 điểm ảnh, kích thước 168×105 mm. Màn hình làm mới ở 30 khung hình/giây, hỗ trợ độ sâu màu 8-bit.

So với smartphone, độ phân giải này còn khiêm tốn, nhưng khả năng của nó vượt xa việc chỉ hiển thị ảnh tĩnh. Tay áo có thể phát video, xem ảnh, chạy máy tính bỏ túi và hoạt động như la bàn. Người dùng có thể nhận hình ảnh qua Bluetooth, điều khiển bằng giọng nói, xoay màn hình hoặc tự động điều chỉnh độ sáng.

Chiếc áo còn tích hợp thêm các sợi khác mang micro, loa và cảm biến chuyển động, nhiệt độ, định hướng từ trường và ánh sáng môi trường. Chẳng hạn, một sợi cảm biến nhiệt đặt dưới cánh tay có thể đo thân nhiệt và hiển thị kết quả ngay trên tay áo. Mỗi sợi điểm ảnh có kênh điều khiển riêng, nên một lỗi ở một dòng không nhất thiết làm gián đoạn các dòng khác. Hệ thống cũng ghi nhận được nhiều điểm chạm cùng lúc, tiến gần hơn tới trải nghiệm của màn hình cảm ứng thông thường.

Tay áo nguyên mẫu hiển thị thông tin và đo thân nhiệt

Độ bền đáng chú ý sau khi giặt máy

Theo nhóm nghiên cứu, nguyên mẫu gần như giữ nguyên cường độ phát sáng và phản hồi chạm sau 50 lần giặt máy có chất tẩy và 1.000 lần uốn quanh bán kính 5 mm. Màn hình tích hợp được cho là thoáng khí tương đương cotton, polyester và denim, đồng thời nằm trong giới hạn an toàn khi tiếp xúc với da.

Đây là điểm khác biệt lớn so với thiết bị đeo hiện nay. Phần lớn công nghệ wearable vẫn theo hướng gắn một màn hình hoặc thiết bị lên cơ thể, hoặc thu nhỏ các thiết bị sẵn có. Cách tiếp cận của NUS đưa linh kiện điện tử vào chính sợi vải, giữ lại tính linh hoạt và cảm giác của trang phục hàng ngày.

Hướng tới quần áo biết cảm nhận và phản hồi

Y tế là một trong những ứng dụng tiềm năng được nhóm nghiên cứu nêu ra. Những sợi gắn cảm biến sinh lý có thể thu thập dữ liệu liên tục và hiển thị trực tiếp trên trang phục, giúp người mặc theo dõi chỉ số mà không cần đến thiết bị riêng. Kết hợp với trí tuệ nhân tạo, hệ thống như vậy có thể hỗ trợ giám sát và phản hồi cá nhân hóa — dù đây vẫn là hướng phát triển tương lai chứ chưa phải năng lực đã được chứng minh của nguyên mẫu hiện tại.

Các bước tiếp theo của nhóm bao gồm cải thiện độ phân giải, tích hợp thêm chức năng cảm biến và nghiên cứu AI chạy trực tiếp trên thiết bị. Ý nghĩa rộng hơn nằm ở sự thay đổi trong cách thiết kế giao diện số: thay vì tìm đến một màn hình chuyên dụng, thông tin có thể xuất hiện ngay trên chất liệu đang tiếp xúc với người dùng.

Nghiên cứu được thực hiện bởi nhóm Tural Khudiyev, Heng Fu, Ziang Li và Swetika Chaturvedi thuộc Trường Thiết kế và Kỹ thuật, Đại học Quốc gia Singapore (NUS), do Phó Giáo sư Tural Khudiyev, Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, dẫn dắt.

Với người dùng Việt Nam, hướng nghiên cứu này gợi mở một viễn cảnh khá gần: áo khoác hay tay áo có thể trở thành màn hình phụ, thiết bị theo dõi sức khỏe hoặc giao diện điều khiển mà không cần thêm bất kỳ phụ kiện rườm rà nào. Tất nhiên, để thương mại hóa, bài toán về độ phân giải, giá thành và độ bền trong điều kiện khí hậu nóng ẩm vẫn cần được giải quyết.