Sensores de “seda de aranha eletrnica” impressos diretamente em superfcies vivas

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 29/05/2024

Importncia dos sensores

Quando se fala em interatividade, poucos se lembram dos componentes que tornam possvel a coleta e a troca de informaes, dos carros autnomos e do monitoramento ambiental s telas dos nossos aparelhos eletrnicos e internet das coisas.

De fato, mais do que pouco populares, os sensores representam a face mais desconhecida da tecnologia, embora talvez estejam entre os elementos mais essenciais para que possamos interagir com o ambiente, uns com os outros e com nossas engenhocas eletrnicas.

Mas os pesquisadores e engenheiros continuam fazendo sua parte, melhorando os sensores cada vez mais.

Agora, Wenyu Wang e colegas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, desenvolveram uma tcnica para fabricar sensores adaptativos e ecolgicos que podem ser impressos direta e imperceptivelmente em uma ampla variedade de superfcies biolgicas, seja um dedo ou uma ptala de flor.

Isto significa que esses sensores so adequados para todas as aplicaes envolvendo no apenas o ser humano – monitoramento da sade, conforto, redes corporais etc. – mas tambm outros seres vivos, incluindo esforos como o aumento da produtividade na agricultura.

“Se voc deseja detectar com preciso qualquer coisa em uma superfcie biolgica, como a pele ou uma folha, a interface entre o dispositivo e a superfcie vital,” disse a professora Yan Yan Huang, coordenadora da equipe. “Tambm queremos dispositivos bioeletrnicos que sejam completamente imperceptveis para o usurio, para que no interfiram de modo algum na forma como o usurio interage com o mundo, e queremos que sejam sustentveis e com baixo desperdcio.”

Testes de integrao dos sensores a componentes eletrnicos tradicionais.
[Imagem: Wenyu Wang et al. – 10.1038/s41928-024-01174-4]

Seda bioeletrnica

A tcnica de fabricao dos sensores foi inspirada na seda de aranha, que pode se adaptar e aderir a uma variedade de superfcies. As novas sedas de aranha artificiais tambm incorporam componentes bioeletrnicos, de modo que diferentes capacidades de deteco podem ser adicionadas a cada sensor.

Existem vrios mtodos para fabricar sensores vestveis, mas todos apresentam desvantagens. Os eletrnicos flexveis, por exemplo, normalmente so impressos em filmes plsticos que no permitem a troca gasosa ou de umidade, ento meio como envolver sua pele em um filme plstico. Outros pesquisadores desenvolveram recentemente eletrnicos flexveis que so permeveis a gases, como peles artificiais, mas que ainda interferem na sensao normal e dependem de tcnicas de fabricao mais complexas.

As novas fibras, pelo menos 50 vezes mais finas do que um fio de cabelo humano, so to leves que os pesquisadores as imprimiram diretamente sobre um dente-de-leo, sem destruir sua estrutura. Quando impressos na pele humana, os sensores de fibra adaptam-se pele e expem os poros sudorparos, para que o usurio no detecte sua presena. Testes das fibras impressas em um dedo humano confirmaram que elas podero ser usadas como monitores contnuos de sade.

Embora a pele humana seja extremamente sensvel, ampliar suas capacidades adicionando sensores eletrnicos pode mudar fundamentalmente o modo como interagimos com o mundo ao nosso redor. Por exemplo, sensores impressos diretamente na pele poderiam ser usados para monitoramento contnuo da sade, para compreender as sensaes da pele ou poderiam melhorar a sensao de “realidade” em jogos ou aplicaes de realidade virtual.

Testes dos sensores bioeletrnicos para diversos usos.
[Imagem: Wenyu Wang et al. – 10.1038/s41928-024-01174-4]

Testes e usos

A “seda de aranha bioeletrnica” fabricada a partir de um polmero condutor chamado PEDOT:PSS, cido hialurnico e xido de polietileno – alm de biocompatvel, o PEDOT:PSS um condutor hbrido, podendo transportar tanto eltrons como ons.

Tudo posto em soluo aquosa, com as fibras sendo fabricadas por uma espcie de eletrofiao, saindo do equipamento assim como as teias saem da aranha pelas suas glndulas sericgenas. Isto significa que os sensores podem ser aplicados diretamente sobre a superfcie onde devem operar.

A equipe ento projetou um equipamento especial de rotao orbital, para permitir que as fibras se mesclem com superfcies vivas, at mesmo em microestruturas como impresses digitais. Os testes das fibras bioeletrnicas, em superfcies que incluram dedos humanos e sementes de dente-de-leo, mostraram que elas fornecem um desempenho de sensor de alta qualidade, permanecendo imperceptveis para o hospedeiro.

“Usamos redes de fibra personalizveis para criar eletrodos na pele que podem registrar sinais de eletrocardiograma e eletromiografia, transistores eletroqumicos orgnicos controlados pela pele e interfaces aumentadas de toque e com plantas. Mostramos tambm que as fibras podem ser usadas para acoplar microeletrnica pr-fabricada e txteis eletrnicos, e que as fibras podem ser reparadas, atualizadas e recicladas,” escreveu a equipe.

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