Bài viết này đăng trên hãng tin Nga Sputnik, xin giới thiệu lại để bạn tham khảo. Có một con chip như vậy thì xứng đáng đoạt giải Nobel luôn.
Các nhà khoa học từ Đại học tổng hợp liên bang Baltic mang tên Immanuel Kant (IKBFU) tạo ra nguyên mẫu con chip hóa học đầu tiên có khả năng lưu trữ và nhận dạng tín hiệu nhịp. Theo dữ liệu của họ, chip hóa học hoạt động giống như các tế bào thần kinh truyền dẫn các xung điện trong não.
Dịch vụ báo chí của trường đại học đưa tin, con chip có thể thực hiện các phép tính mà không cần nguồn điện và sẽ tạo thành cơ sở cho việc chế tạo các robot hóa học mềm dẻo.
Năm 1951, nhà hóa học Liên Xô Boris Belousov đã phát hiện ra phản ứng tự dao động trong đó nồng độ chất phản ứng thay đổi theo chu kỳ. Khám phá này đã bác bỏ quan điểm cho rằng phản ứng hóa học chỉ có thể là không thể đảo ngược. Sau đó, Anatoly Zhabotinsky đã phát triển nghiên cứu này, chứng minh tầm quan trọng của nó đối với việc nghiên cứu động lực học phi tuyến tính, tự tổ chức và nhịp sinh học.
Phản ứng Belousov–Zhabotinsky (hay phản ứng BZ) đã trở thành một hệ thống mô hình để nghiên cứu môi trường dễ bị kích thích, bao gồm các quá trình sinh học như xung thần kinh, nhịp tim và dao động trong sinh lý học. Hệ thống này cho phép tái tạo các chế độ xung (sóng) đặc trưng của tế bào thần kinh sinh học.
Kể từ cuối những năm 1980, các nhà khoa học trên khắp thế giới bắt đầu phát triển các hệ thống máy tính hóa học dựa trên phản ứng Belousov-Zhabotinsky. Đội ngũ nhân viên của Trung tâm Động lực học phi tuyến tính thuộc Đại học IKBFU cũng có nhiều đóng góp trong nghiên cứu lĩnh vực này, họ đã tạo ra con chip hóa học có khả năng ghi nhớ và nhận dạng các tín hiệu nhịp.
Con chip này là môi trường phản ứng-khuếch tán dễ kích thích của phản ứng Belousov-Zhabotinsky dựa trên một loại polyme đặc biệt có chứa chất xúc tác, ông Ivan Proskurkin, nhà nghiên cứu cấp cao tại Đại học IKBFU cho biết.
"Mạch của con chip này có phần giống với vi mạch bán dẫn, nhưng thay vì dòng điện, sóng hóa học chạy dọc theo các đường mạch dẫn của nó. Việc truyền tín hiệu dọc theo các ống dẫn sóng hóa học giống với sự lan truyền của điện thế hoạt động trong các sợi trục của tế bào thần kinh. Nói cách khác, giống như thạch trong lọ bắt đầu suy nghĩ. Đến nay, chúng tôi chỉ tạo ra các thành phần - những tế bào thần kinh nhân tạo tương tự như những tế bào trong các cấu trúc khác nhau của não, nhưng chúng có thể được sử dụng để lắp ráp một hệ thống phức tạp hơn", - ông Proskurkin nói.
Để tạo ra con chip, các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ in ảnh đã được cấp bằng sáng chế. Họ bôi lớp mỏng tiền gel lên phiến kính, sau đó chiếu qua một lớp mặt nạ đặc biệt trong vài phút. Sau đó, họ loại bỏ phần còn lại chưa trùng hợp của tiền gel, và trên bề mặt phiến kính để lại "mạch tích hợp" của polyme. Theo các nhà khoa học, quá trình này tương tự như quá trình quang khắc được sử dụng trong sản xuất chip silicon.
"Khi trở nên phức tạp hơn, các chip hóa học hình thái thần kinh sẽ thực hiện một số nhiệm vụ tính toán trong khi vẫn duy trì hiệu quả sử dụng năng lượng và kích thước nhỏ gọn. Dự án này mở ra triển vọng tạo ra các roobot polymer mềm dẻo cỡ nhỏ có thể di chuyển độc lập, điều khiển các vật thể nhỏ và thậm chí có thể tự học", bà Anastasia Lavrova, người đứng đầu Trung tâm cho biết.
Để đạt được sự lan truyền tín hiệu một chiều dọc theo ống dẫn sóng hóa học, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một thành phần đặc biệt – diode hóa học. Sóng hóa học được kích thích trong gel bằng cách chạm vào dây bạc lan truyền qua các mối nối không đối xứng chỉ theo một hướng.
"Sơ đồ thiết kế của diode hóa học này khác với các thiết kế tương tự ở chỗ các phần liền kề của kết nối không đối xứng chứa các chất xúc tác khác nhau làm thay đổi tốc độ của phản ứng Belousov-Zhabotinsky và do đó có ngưỡng kích thích khác nhau. Kết quả của các thử nghiệm và mô hình máy tính cho phép chúng tôi khẳng định rằng, phương pháp này làm tăng đáng kể độ tin cậy và tuổi thọ của diode", bà Anastasia Lavrova cho biết.
Trong tương lai gần, đội ngũ nhân viên của Trung tâm Động lực học phi tuyến tính thuộc Đại học IKBFU có kế hoạch sử dụng những chip hóa học tương tự kết hợp với vật liệu thông minh do họ sản xuất, chẳng hạn như gel hóa-cơ học. Các nhà khoa học hy vọng rằng đây sẽ là một bước quan trọng hướng tới việc tạo ra những robot polymer mềm dẻo hoạt động bằng năng lượng của phản ứng hóa học.
Các nhà khoa học từ Đại học tổng hợp liên bang Baltic mang tên Immanuel Kant (IKBFU) tạo ra nguyên mẫu con chip hóa học đầu tiên có khả năng lưu trữ và nhận dạng tín hiệu nhịp. Theo dữ liệu của họ, chip hóa học hoạt động giống như các tế bào thần kinh truyền dẫn các xung điện trong não.
Dịch vụ báo chí của trường đại học đưa tin, con chip có thể thực hiện các phép tính mà không cần nguồn điện và sẽ tạo thành cơ sở cho việc chế tạo các robot hóa học mềm dẻo.
Năm 1951, nhà hóa học Liên Xô Boris Belousov đã phát hiện ra phản ứng tự dao động trong đó nồng độ chất phản ứng thay đổi theo chu kỳ. Khám phá này đã bác bỏ quan điểm cho rằng phản ứng hóa học chỉ có thể là không thể đảo ngược. Sau đó, Anatoly Zhabotinsky đã phát triển nghiên cứu này, chứng minh tầm quan trọng của nó đối với việc nghiên cứu động lực học phi tuyến tính, tự tổ chức và nhịp sinh học.
Phản ứng Belousov–Zhabotinsky (hay phản ứng BZ) đã trở thành một hệ thống mô hình để nghiên cứu môi trường dễ bị kích thích, bao gồm các quá trình sinh học như xung thần kinh, nhịp tim và dao động trong sinh lý học. Hệ thống này cho phép tái tạo các chế độ xung (sóng) đặc trưng của tế bào thần kinh sinh học.
Kể từ cuối những năm 1980, các nhà khoa học trên khắp thế giới bắt đầu phát triển các hệ thống máy tính hóa học dựa trên phản ứng Belousov-Zhabotinsky. Đội ngũ nhân viên của Trung tâm Động lực học phi tuyến tính thuộc Đại học IKBFU cũng có nhiều đóng góp trong nghiên cứu lĩnh vực này, họ đã tạo ra con chip hóa học có khả năng ghi nhớ và nhận dạng các tín hiệu nhịp.
Con chip này là môi trường phản ứng-khuếch tán dễ kích thích của phản ứng Belousov-Zhabotinsky dựa trên một loại polyme đặc biệt có chứa chất xúc tác, ông Ivan Proskurkin, nhà nghiên cứu cấp cao tại Đại học IKBFU cho biết.
"Mạch của con chip này có phần giống với vi mạch bán dẫn, nhưng thay vì dòng điện, sóng hóa học chạy dọc theo các đường mạch dẫn của nó. Việc truyền tín hiệu dọc theo các ống dẫn sóng hóa học giống với sự lan truyền của điện thế hoạt động trong các sợi trục của tế bào thần kinh. Nói cách khác, giống như thạch trong lọ bắt đầu suy nghĩ. Đến nay, chúng tôi chỉ tạo ra các thành phần - những tế bào thần kinh nhân tạo tương tự như những tế bào trong các cấu trúc khác nhau của não, nhưng chúng có thể được sử dụng để lắp ráp một hệ thống phức tạp hơn", - ông Proskurkin nói.
Để tạo ra con chip, các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ in ảnh đã được cấp bằng sáng chế. Họ bôi lớp mỏng tiền gel lên phiến kính, sau đó chiếu qua một lớp mặt nạ đặc biệt trong vài phút. Sau đó, họ loại bỏ phần còn lại chưa trùng hợp của tiền gel, và trên bề mặt phiến kính để lại "mạch tích hợp" của polyme. Theo các nhà khoa học, quá trình này tương tự như quá trình quang khắc được sử dụng trong sản xuất chip silicon.
"Khi trở nên phức tạp hơn, các chip hóa học hình thái thần kinh sẽ thực hiện một số nhiệm vụ tính toán trong khi vẫn duy trì hiệu quả sử dụng năng lượng và kích thước nhỏ gọn. Dự án này mở ra triển vọng tạo ra các roobot polymer mềm dẻo cỡ nhỏ có thể di chuyển độc lập, điều khiển các vật thể nhỏ và thậm chí có thể tự học", bà Anastasia Lavrova, người đứng đầu Trung tâm cho biết.
Để đạt được sự lan truyền tín hiệu một chiều dọc theo ống dẫn sóng hóa học, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một thành phần đặc biệt – diode hóa học. Sóng hóa học được kích thích trong gel bằng cách chạm vào dây bạc lan truyền qua các mối nối không đối xứng chỉ theo một hướng.
"Sơ đồ thiết kế của diode hóa học này khác với các thiết kế tương tự ở chỗ các phần liền kề của kết nối không đối xứng chứa các chất xúc tác khác nhau làm thay đổi tốc độ của phản ứng Belousov-Zhabotinsky và do đó có ngưỡng kích thích khác nhau. Kết quả của các thử nghiệm và mô hình máy tính cho phép chúng tôi khẳng định rằng, phương pháp này làm tăng đáng kể độ tin cậy và tuổi thọ của diode", bà Anastasia Lavrova cho biết.
Trong tương lai gần, đội ngũ nhân viên của Trung tâm Động lực học phi tuyến tính thuộc Đại học IKBFU có kế hoạch sử dụng những chip hóa học tương tự kết hợp với vật liệu thông minh do họ sản xuất, chẳng hạn như gel hóa-cơ học. Các nhà khoa học hy vọng rằng đây sẽ là một bước quan trọng hướng tới việc tạo ra những robot polymer mềm dẻo hoạt động bằng năng lượng của phản ứng hóa học.
