Sensor na forma de e-skin dispensa chips e baterias

Engenheiros do MIT desenvolveram um novo tipo de sensor que dispensa chips e baterias e se comunica sem fio e pode ser usado para detectar e transmitir sinais de pulsação, batimentos cardíacos e temperatura, por exemplo. Ao contrário de grande parte dos atuais sensores que se comunica por meio de processadores Bluetooth incorporados e alimentados por pequenas baterias, a novidade usa outra fonte de energia que lhe permite assumir formatos menores, mais finos e mais flexíveis.

Com design detalhado na revista Science, o novo sensor se assemelha a uma pele eletrônica. Usa um filme flexível semicondutor e ultrafino que se adapta à pele humana como uma fita adesiva eletrônica, à base de nitreto de gálio. Esse material tem propriedades piezelétricas que podem produzir sinais elétricos em resposta a movimentos e também vibrar em resposta a impulso elétricos.

Os pesquisadores mostraram que o sensor é sensível o suficiente para vibrar em reação aos batimentos cardíacos bem como ao sal do suor e que essas vibrações geram um sinal elétrico que pode ser lido por um receptor. Dessa forma, é possível transmitir informações dos sinais sem fio e sem a necessidade de chip ou bateria.

“Chips exigem muita energia, mas nosso sensor pode viabilizar sistemas muito leves ao dispensar o uso processadores e que consomem muita energia”, Jeehwan Kim, professor associado de engenharia mecânica e de materiais e principal pesquisador do Laboratório de Pesquisa em Eletrônica do MIT. “É possível aderir o sensor ao corpo como um curativo e emparelhá-lo a um leitor sem fio no celular para monitorara a pulsação, o suor e outros sinais vitais.”

Para quem gosta de detalhes técnicos, o novo sensor é um filme semicondutor ultrafino de material piezoelétrico que adere à pele, sentindo a vibração do corpo. Também não requer nenhuma fonte de energia. O material piezoelétrico é um tipo de material que pode gerar um sinal elétrico quando a tensão mecânica é aplicada e vibrará quando a eletricidade passar por ele. Assim, ele pode detectar e transmitir sinais sem fio. Os pesquisadores usaram um filme de alta qualidade de nitreto de gálio como material piezoelétrico.

Anteriormente, o grupo havia desenvolvido anteriormente uma técnica chamada epitaxia remota, que foi empregada para criar semicondutores ultrafinos e de alta qualidade revestidos com grafeno. Usando essa técnica, fabricaram e exploraram vários filmes eletrônicos flexíveis e multifuncionais. Na pesquisa mais recente, os engenheiros usaram a mesma técnica para criar filmes ultrafinos de nitreto de gálio que, em sua forma pura, é um material piezelétrico altamente sensível e foi aplicado como sensor e comunicador sem fio das vibrações entre os filmes. Os padrões dessas ondas podem indicar a frequência cardíaca ou a presença de certos compostos na pele, como sal no suor.

Sob pressão

Sensores capazes de se integrar ao corpo para monitoramento da saúde, terapia medicamentosa ou estudos biológicos estão ganhado espaço no mercado. Uma dessas classes de dispositivos são os sensores de pressão, cujo tamanho do mercado global foi avaliado em US $ 11,4 bilhões em 2019 e deve atingir US$ 24,8 bilhões até 2027. A detecção de pressão é fundamental uma ampla gama de aplicações médicas, mas também pode ser aplicada em outros setores, como a interação entre máquinas/robôs e humanos.

Recentemente, a Escola Pritzker de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago garantiu patentes para blocos de construção desse tipo de sensores. A invenção inclui semicondutores de polímeros esticáveis e matrizes de transistores que proporcionam desempenho elétrico excepcional, ótimas propriedades semicondutoras e elasticidade mecânica. Além disso, foram desenvolvidos nanogeradores como uma nova tecnologia para captar energia do movimento dos usuários e sistemas de armazenamento associados.

O objetivo é combinar esses avanços para criar dispositivos que possam ser aderidos à pele ou inseridos no corpo para detectar sinais vitais em tempo real “muito mais” efetivamente do que as opções atualmente disponíveis, segundo os inventores.