Lưỡi nhân tạo đầu tiên trên thế giới có thể 'nếm và học'

Công trình nghiên cứu được đăng tải trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm khoa học quốc gia Mỹ (PNAS), mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi từ kiểm soát an toàn thực phẩm, phát hiện sớm bệnh tật, đến hỗ trợ các phòng thí nghiệm trong việc phân tích mẫu chất lỏng.

Lưỡi nhân tạo có thể mô phỏng gần như hoàn hảo cơ chế vị giác của con người. (Nguồn: Getty Images)

Lưỡi nhân tạo này được tạo nên từ màng graphene oxide - những tấm carbon siêu mỏng hoạt động như bộ lọc phân tử. Khác với bộ lọc thông thường, chúng không tách rời các hạt lớn mà làm chậm chuyển động của ion trong chất lỏng, cho phép thiết bị nhận biết và "ghi nhớ" hương vị.

Trong các thử nghiệm, hệ thống đã phân biệt chính xác bốn vị cơ bản gồm ngọt, chua, mặn và đắng với độ chính xác từ 72,5% đến 87,5%. Đặc biệt, khi "nếm" các loại đồ uống phức tạp như cà phê hay Coca-Cola, độ chính xác tăng lên đến 96%, nhờ cấu trúc điện tử đặc trưng của những hỗn hợp này giúp hệ thống dễ dàng nhận dạng hơn.

Điểm đột phá lớn nhất nằm ở khả năng cảm nhận và xử lý thông tin ngay trong chất lỏng. Trước đây, các thiết bị tương tự phải đưa toàn bộ dữ liệu thu được ra máy tính bên ngoài để phân tích, khiến việc nhận diện bị hạn chế. Với thiết kế mới, quá trình xử lý diễn ra ngay tại môi trường lỏng, giữ nguyên trạng thái ion tự nhiên của hương vị và mang lại kết quả chính xác hơn.

Các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách làm chậm chuyển động ion gấp 500 lần so với bình thường, kéo dài thời gian ghi nhớ hương vị lên đến 140 giây thay vì chỉ vài mili giây như cảm biến truyền thống.

Cơ chế hoạt động của lưỡi nhân tạo bắt đầu khi các hợp chất hóa học trong chất lỏng hòa tan thành ion, sau đó đi qua những kênh dẫn siêu nhỏ trong lớp graphene oxide, mỏng hơn sợi tóc người hàng nghìn lần. Mỗi loại hương vị tạo ra một mẫu hình ion riêng biệt. Hệ thống ghi nhận các mẫu hình này và dần học được cách phân biệt hương vị một cách chính xác hơn sau mỗi lần tiếp xúc, tương tự như cách não bộ con người phát triển trí nhớ vị giác.

Giáo sư Yong Yan, đồng tác giả nghiên cứu tại Trung tâm Khoa học và Công nghệ nano quốc gia Trung Quốc, cho biết: "Thiết bị của chúng tôi vừa cảm nhận, vừa xử lý thông tin ngay trong chất lỏng, hoạt động tương tự như hệ thần kinh của con người".

Các nhà khoa học tin rằng công nghệ này sẽ có nhiều ứng dụng quan trọng. Trong y tế, nó có thể giúp phát hiện sớm bệnh tật thông qua phân tích vị giác, đánh giá hiệu quả thuốc, hoặc hỗ trợ người mất vị giác sau đột quỵ hay do rối loạn thần kinh.

Trong lĩnh vực an toàn thực phẩm, thiết bị có thể kiểm tra chất lượng đồ uống, giám sát nguồn nước và đảm bảo quy trình sản xuất đạt chuẩn. Về lâu dài, lưỡi nhân tạo có thể được tích hợp vào robot hoặc các hệ thống tự động, giúp máy móc "nếm" được môi trường xung quanh.

Dù tiềm năng rất lớn, nhóm nghiên cứu thừa nhận vẫn còn nhiều thách thức. Hiện tại, hệ thống còn cồng kềnh, tiêu tốn nhiều năng lượng và cần cải thiện độ nhạy cảm biến. Tuy nhiên, Giáo sư Yong Yan lạc quan rằng, với những cải tiến trong sản xuất, tối ưu hóa năng lượng và tích hợp thêm nhiều cảm biến, lưỡi nhân tạo có thể trở thành một công cụ mạnh mẽ trong chăm sóc sức khỏe, robot và giám sát môi trường trong thập kỷ tới.

Xuân Minh