Những công dụng không ngờ tới của Gorilla Glass

Một chuyến tham quan vòng quanh các phòng thí nghiệm của hãng sản xuất kính Corning sẽ cho ta thấy những chức năng mới toanh của kính cường lực Gorilla Glass. Thậm chí đến một ngày nào đó, chiếc smartphone của chúng ta có thể xét nghiệm xem liệu nguồn nước xung quanh có đủ sạch để uống hay không.

>>> Bên trong phòng thí nghiệm kính cường lực Gorilla Glass

Mặc dù hiện vẫn chưa xuất hiện bất kỳ ứng dụng nào về nước sạch trên smartphone, nhưng các nhà nghiên cứu tại Corning đã khám phá ra rằng họ có thể dùng kính Gorilla Glass – một loại kính cường lực được sản xuất bởi chính hãng này – để tạo nên những cảm biến hóa-sinh cực kỳ nhạy bén, tới mức có thể phát hiện dấu vết của khí độc trong không khí hoặc các mầm bệnh trong nguồn nước.

Loại cảm biến trên chỉ là một trong số nhiều dự án đang được tiến hành trong các phòng thí nghiệm R&D của Corning ở New York, Mỹ. Trong một vài thập kỷ gần đây, những tiến bộ trong sản xuất kính của Corning đã mang đến cho chúng ta những công nghệ như sợi quang học hay màn hình phẳng. Giờ đây, nhờ có Gorilla Glass, hãng này đã góp phần tạo ra những loại smartphone đời mới nhất. Nhưng bất chấp những thành công đáng kể của loại kính cường lực này, Corning vẫn đang hướng tới những đột phá công nghệ tiếp theo.

Trong năm 2014, Corning đã dành khoảng 8% doanh thu vào hoạt động R&D (nghiên cứu và phát triển sản phẩm). Đó là một khoản đầu tư lên tới 800 triệu USD. Mục đích của việc này là nhằm chuẩn bị cho nguy cơ một trong những ngành kinh doanh của hãng có thể gặp khó khăn như đã từng xảy ra trong quá khứ. Trong thời gian từ năm 2000 đến 2002, Corning đã mất hơn một nửa doanh thu của mình khi ngành kinh doanh sợi quang học sụp đổ. Cổ phiếu của hãng đã sụt giảm từ 113 USD/cổ phiếu xuống còn chỉ hơn 1 USD/cổ phiếu. Và hiện tại, hãng gặp phải một thách thức mới khi khách hàng lớn nhất của mình, Apple, đã gần tiến đến việc thay thế Gorilla Glass bằng kính sapphire.

Màn hình điện thoại hiện vẫn mang về tới gần một nửa doanh thu cho Corning, và gần 1/3 trong số đó tới từ Gorilla Glass. Để mở rộng thị phần và chống lại những thách thức tới từ những loại vật liệu khác, Corning đang cố gắng khám phá thêm những tính năng cho loại kính cường lực này, chẳng hạn như biến nó thành một bộ cảm biến. Cùng với đó hãng đang tìm kiếm thêm thị trường mới cho Gorilla Glass, ngoài thị trường màn hình di động.

Khả năng biến màn hình điện thoại thành một bộ cảm biến hóa sinh là một trong những bước đầu tiên của dự án tại Corning. Các nhà nghiên cứu của hãng này đã phát hiện ra rằng họ có thể tạo ra những ống dẫn sóng chất lượng rất cao – có tác dụng điều hướng ánh sáng – trong tấm kính Gorilla Glass. Họ có thể tạo ra những ống dẫn sóng nằm ngay sát bề mặt để biến tấm kính thành một loại cảm biến. Điều này hoàn toàn không khả thi với các loại kính thông thường vì chúng rất dễ vỡ. Để tạo ra những ống dẫn sóng, các nhà khoa học phải chiếu một tia laser cường độ cao hướng đến gần bề mặt của tấm kính, rồi vạch lên trên bề mặt của nó – một công việc thường làm thay đổi đặc tính quang học của tấm kính.

Muốn chế tạo được một bộ cảm biến từ kính Gorilla Glass, các nhà nghiên cứu phải làm cho một ống dẫn sóng chia thành hai đường riêng biệt. Sau đó làm cho hai con đường này hội tụ, và ánh sáng trên hai đường giao với nhau. Một đường sẽ đóng vai trò là đường cảm biến, và đường còn lại là đường tham chiếu. Chỉ cần một sự thay đổi nhỏ của ánh sáng ở đường cảm biến – chẳng hạn như cường độ của nó – cũng có thể bị phát hiện bằng cách quan sát sự giao thoa của ánh sáng từ hai đường. Các nhà nghiên cứu đã mô phỏng quá trình này bằng một cảm biến đơn giản có thể phát hiện được sự thay đổi về nhiệt độ. Khi làm nóng đường cảm biến, hình dạng của nó sẽ bị biến đổi, dẫn đến việc thay đổi tính chất của ánh sáng đi qua đường này.

Bởi vì các ống dẫn sóng nằm ở ngay gần bề mặt, nền một phần ánh sáng sẽ thoát ra khỏi tấm kính, và bất kỳ vật gì đặt trên mặt kính sẽ tương tác với phần ánh sáng đó. Điều này có nghĩa là để tạo ra một cảm biến hóa học hay sinh học, các nhà khoa học có thể thay đổi bề mặt của tấm kính để có thể giữ lại một mục tiêu cụ thể. Ví dụ, chúng ta có thể thêm những kháng thể tương ứng với khuẩn E.coli vào mặt kính. Khi đó, để phát hiện ra sự hiện diện của loại khuẩn này, chúng ta sẽ chỉ cần nhỏ một giọt nước lên màn hình điện thoại là xong.

Do các ống dẫn sóng có kích thước rất nhỏ, vì vậy chúng sẽ không cản trở khả năng hiển thị của màn hình. Và cũng bởi vậy nên các loại cảm biến dành cho các đối tượng hóa học và sinh học khác nhau có thể được tích hợp vào cùng một chiếc smartphone.

Các nhà nghiên cứu của Corning cũng đã phát hiện ra rằng Gorilla Glass có một đặc tính âm học rất hữu dụng, đó là cách mà loại kính này rung lên khác hẳn so với kính thông thường – nó có thể kìm hãm sóng âm. Ứng dụng đơn giản nhất của phát hiện này là dùng Gorilla Glass làm kính cách âm.

Nhưng cũng với đặc tính âm học này, các nhà khoa học có thể biến màn hình Gorilla Glass thành một bộ loa. Một nguyên mẫu như vậy đã được tạo ra trong phòng thí nghiệm của Corning. Nó bao gồm một sợi dây ở bên trong màn hình, được gắn liền với một bộ truyền động nhỏ có tác dụng làm rung tấm kính để tạo ra âm thanh. Nhờ đó, sóng âm có thể được kiểm soát tốt hơn, giúp tạo ra âm thanh với chất lượng tốt hơn nhiều.

Ở một phòng thí nghiệm khác của Corning, các nhà nghiên cứu đang tạo ra một cửa kính hết sức đặc biệt. Nó trông bình thường như bao loại cửa kính khác, nhưng chỉ với một sự chuyển đổi trên bảng mạch, tấm kính đã biến thành một màn hình tivi, và người xem chỉ có thể lờ mờ nhìn thấy khung cảnh đằng sau tấm kính đó. Nhưng khi không trình chiếu các đoạn video, chúng ta lại có thể nhìn xuyên qua nó như bao loại cửa kính khác. Corning hiện vẫn đang giữ bí mật về cách thức tạo ra loại màn hình này.

Đồ vật bí ẩn nhất trong số các phát minh ở các phòng thí nghiệm của Corning là một món đồ chơi Slinky bằng kính. Nó được tạo ra bởi một loại kính Gorilla rất mỏng được uốn thành hình xoắn ốc bằng một công cụ laser đời mới. Slinky là một món đồ chơi mà khi bạn giữ một đầu và thả đầu còn lại, nó sẽ giãn rộng theo hướng xuống mặt đất. Các loại kính thường sẽ vỡ vụn khi làm như vậy, nhưng bởi vì kính Gorilla cứng hơn, nên nó sẽ có xu hướng bật trở lại như lò xo. Chìa khóa để tạo ra loại kính co dãn này là làm cho kính Gorilla mỏng đi.

Corning hiện cũng đang tạo ra Willow Glass, một loại kính chỉ dày 100 micromet – bằng một phần tư độ dày của loại kính Gorilla dùng làm màn hình điện thoại. Nó có thể được chuyển tới khách hàng dưới dạng các "cuộn kính", giúp quá trình sản xuất kính trở nên rẻ hơn và dễ dàng hơn. Các khách hàng tiềm năng hiện vẫn đang xem xét tính ứng dụng của loại sản phẩm này, nhưng ngay từ bây giờ, một loại kính thậm chí còn mềm dẻo hơn đã được Corning đưa vào nghiên cứu, theo Giám đốc Phòng Công nghệ David Morse. Loại kính này có thể gấp xung quanh mép của những đồ vật mỏng như quyển sổ ghi chú, và cứ gấp như thế hàng triệu lần mà không bị vỡ. Nó có thể là yếu tố quan trọng trong các thiết bị điện tử có thể gập được trong tương lai.

Được thành lập từ năm 1851, hãng sản xuất kính Corning đã tồn tại từ đó đến nay nhờ khả năng liên tục phát hiện ra những công dụng mới của các loại kính. Khi mà thị trường sợi quang học sụp đổ, công việc sản xuất kính làm ống tia catot trong tivi của Corning cũng bị ảnh hưởng nặng nề. Nhưng hãng đã vượt qua khủng hoảng nhờ phát minh ra quy trình sản xuất kính chất lượng cao dành cho các transistor trong màn hình LCD. Một vài năm sau, Corning đã nhận được một cuộc gọi từ Steve Jobs, người đang cần một loại kính cường lực cho chiếc iPhone đầu tiên của mình. Và Corning đã mang tới một công nghệ hoàn toàn mới – một loại kính cường lực có tên Gorilla Glass. Xét theo những gì đang diễn ra trong các phòng thí nghiệm ở trên, có vẻ Corning đang sẵn sàng cho cú điện thoại tiếp theo.