Loài bọ Hercules có nguồn gốc từ Nam Mỹ có một đặc điểm hấp dẫn là thay đổi màu sắc vỏ tùy thuộc vào điều kiện độ ẩm bên ngoài. Điều này là do bên trong vỏ của bọ cánh cứng bao gồm cấu trúc mạng lưới xốp với các lỗ hình vuông. Khi ánh sáng có bước sóng cụ thể chiếu vào vỏ, nó sẽ phản xạ chúng và hiển thị các màu sắc khác nhau; và các bước sóng này thay đổi tùy thuộc vào độ ẩm. Mới đây, một loại cảm biến có thể thay đổi màu sắc tùy thuộc vào độ ẩm như loài bọ này với tốc độ nhanh hơn 10.000 lần so với các cảm biến quang học thông thường đã được đề xuất.

Một nhóm nghiên cứu POSTECH dẫn đầu bởi Giáo sư Junsuk Rho (Khoa Kỹ thuật Hóa học và Khoa Cơ khí) và Tiến sĩ. ứng cử viên Chunghwan Jung và Jaehyuck Jang (Khoa Kỹ thuật Hóa học), phối hợp với Sung-Hoon Hong và Tiến sĩ Soo-Jung Kim (Viện Nghiên cứu Điện tử và Viễn thông, ETRI) và Giáo sư Young Min Song (Viện Khoa học và Công nghệ Gwangju, GIST ), đã phát triển một cảm biến đo màu đáp ứng độ ẩm cực nhanh. Các phát hiện từ nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí khoa học hàng đầu Science Advances.

Cảm biến sử dụng ánh sáng đã và đang được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, để đo điện tâm đồ và đo chất lượng không khí. Các cảm biến này sử dụng ánh sáng để phát hiện những thay đổi trong môi trường xung quanh và chuyển đổi chúng thành tín hiệu kỹ thuật số.

Nhóm nghiên cứu đã chế tạo một cảm biến đo màu bao gồm cấu trúc kim loại-hydrogel-kim loại bằng cách sử dụng một lớp hạt nano kim loại bị rối loạn - một hydrogel chitosan - và một chất nền phản xạ. Khi độ ẩm bên ngoài thay đổi, tần số cộng hưởng của cảm biến thay đổi do đặc tính của hydrogel chitosan nở ra ở trạng thái ướt và co lại ở trạng thái khô nhiều lần.

Cảm biến mới này tự hào có tốc độ cực nhanh, nhanh hơn 10.000 lần so với cảm biến quang học dựa trên giao thoa kế Fabry-Perot thông thường. Tốc độ phản ứng nhanh này là nhờ không gian xốp giữa các hạt nano tạo nên cảm biến, giống như lớp vỏ của bọ hung có thể thay đổi màu sắc tùy thuộc vào độ ẩm.

"Cảm biến độ ẩm mới này đặc biệt ở chỗ nó cho phép khả năng mở rộng sản xuất với chi phí thấp mặc dù vật liệu nano và cấu trúc nano đã được sử dụng", Giáo sư Rho, người đứng đầu nghiên cứu giải thích. "Việc đưa các pixel màu thích ứng với độ ẩm vào mã bảo mật cho phép ứng dụng đối với thẻ bảo mật cho các thiết bị điện tử nhạy cảm với độ ẩm, tiền giấy, hộ chiếu và thẻ ID.

Nghiên cứu này được thực hiện với sự hỗ trợ từ Trung tâm Hỗ trợ Nghiên cứu & Ươm tạo Công nghệ Tương lai của Samsung.