Các nhà nghiên cứu thuộc Trung tâm Khoa học và Công nghệ Nano Quốc gia Trung Quốc vừa công bố một bước đột phá: thiết bị lưỡi nhân tạo đầu tiên trên thế giới có thể “nếm” và xử lý thông tin vị giác giống cơ quan thật của con người, đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lĩnh vực cảm biến sinh học và điện toán hình thái thần kinh.

Lưỡi nhân tạo này được chế tạo từ màng graphene oxide — vật liệu carbon siêu mỏng hoạt động như bộ lọc phân tử, cho phép kiểm soát chuyển động của ion. Thay vì tách các hạt lớn, màng graphene oxide làm chậm dòng ion, giúp thiết bị nhận diện và ghi nhớ hương vị trong thời gian dài hơn. Nhờ cải tiến này, thiết bị có thể lưu giữ “dư vị” tới 140 giây, so với chỉ vài mili giây ở các công nghệ trước đây.

Trong các thử nghiệm, thiết bị đã xác định bốn vị cơ bản gồm ngọt, chua, mặn và đắng với độ chính xác từ 72,5% đến 87,5%. Đặc biệt, với các đồ uống phức tạp như cà phê hay Coca-Cola, độ chính xác đạt tới 96%, nhờ cấu trúc tín hiệu điện rõ rệt của các hỗn hợp này. Đây cũng là lần đầu tiên quá trình cảm biến và xử lý dữ liệu được tích hợp trong một hệ thống ướt duy nhất, thay vì phải chuyển sang máy tính bên ngoài như trước.

Khác với các linh kiện điện tử truyền thống vốn dễ hỏng khi ngâm trong chất lỏng, hệ thống mới tận dụng chính môi trường lỏng để xử lý thông tin ở trạng thái ion tự nhiên. Các hợp chất hóa học trong mẫu sẽ hòa tan, phân tách thành ion, rồi đi qua những kênh dẫn cực nhỏ trên lớp carbon - mỏng hơn sợi tóc người hàng nghìn lần. Quá trình này tạo ra các mẫu tín hiệu độc đáo đại diện cho từng hương vị, cho phép hệ thống “học” và cải thiện độ chính xác theo thời gian sử dụng.

Một điểm đột phá nằm ở việc làm chậm tốc độ di chuyển của ion tới 500 lần, giúp kéo dài thời gian ghi nhớ. Nhờ đó, thiết bị có thể phân biệt được cả các hương vị phức tạp hoặc pha trộn, tương đương hiệu suất của những mạng nơ-ron thần kinh nhân tạo phức tạp.

Công nghệ này hứa hẹn nhiều ứng dụng thực tiễn. Trong y tế, lưỡi nhân tạo có thể giúp phát hiện sớm bệnh tật thông qua phân tích vị giác, đánh giá phản ứng của bệnh nhân với thuốc hoặc hỗ trợ người bị mất khả năng nếm do rối loạn thần kinh, chấn thương hay đột quỵ. Trong ngành thực phẩm, thiết bị có thể kiểm tra chất lượng, giám sát quy trình sản xuất đồ uống, hoặc phát hiện ô nhiễm nguồn nước.

Các nhà nghiên cứu cũng kỳ vọng công nghệ này sẽ là nền tảng cho các hệ thống AI sinh học - mô phỏng cơ chế học tập của não bộ, nơi cảm biến không chỉ nhận thông tin mà còn xử lý và ghi nhớ ngay tại chỗ. Đây là bước tiến quan trọng hướng tới điện toán hình thái thần kinh, giúp giảm phụ thuộc vào xử lý dữ liệu bên ngoài, tiết kiệm năng lượng và tăng tốc độ phản hồi.

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu thừa nhận vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua. Hiện thiết bị còn khá cồng kềnh, độ nhạy chưa đạt mức tối ưu và tiêu thụ điện năng cao hơn mong muốn. Việc thu nhỏ kích thước, cải thiện hiệu suất và tích hợp nhiều cảm biến hơn sẽ là mục tiêu trong giai đoạn tiếp theo.

Nếu những trở ngại này được giải quyết, lưỡi nhân tạo có thể trở thành công cụ đột phá không chỉ trong y học và an toàn thực phẩm, mà còn trong lĩnh vực robot, hệ thống giám sát môi trường và các thiết bị thông minh có khả năng “nếm” môi trường xung quanh. Các chuyên gia dự đoán, trong thập kỷ tới, công nghệ này có thể thay đổi cách con người và máy móc tương tác với thế giới thông qua giác quan vị giác nhân tạo.