Notícia

Luva desenvolvida no MIT detecta e mapeia estímulos táteis

Divulgação, MIT

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

sábado, 7 agosto 2021 06:55

Áreas

Biomecânica. Engenharia Biomédica. Reabilitação.

Quando você pega um balão, a pressão para segurá-lo é diferente da pressão que você exerceria para segurar um pote. Recentemente, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, em conjunto com colaboradores da Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul da China (SUSTech), desenvolveram uma maneira de medir e mapear com precisão essas sutilezas das ações táteis.

A equipe desenvolveu uma nova luva sensível ao toque que pode “sentir” a pressão e outros estímulos táteis. A parte interna da luva é montada com um sistema de sensores que detecta, mede e mapeia pequenas mudanças na pressão na luva. Os sensores individuais são altamente sintonizados e podem captar vibrações de baixa intensidade na pele, como o pulso de uma pessoa.

Quando os pesquisadores usaram a luva enquanto pegavam um balão em vez de um béquer, os sensores geravam mapas de pressão específicos para esta tarefa. Segurar um balão produzia um sinal de pressão relativamente uniforme em toda a palma da mão, enquanto segurar um copo criava uma pressão mais forte nas pontas dos dedos.

Os pesquisadores dizem que a luva tátil pode ajudar a retreinar a função motora e a coordenação em pessoas que sofreram um derrame ou outra alteração motora delicada. A luva também pode ser adaptada para aumentar a realidade virtual e as experiências de jogos. A equipe prevê a integração dos sensores de pressão não apenas em luvas táteis, mas também em adesivos flexíveis para rastrear pulso, pressão sanguínea e outros sinais vitais com mais precisão do que relógios inteligentes e outros monitores vestíveis.

“A simplicidade e confiabilidade de nossa estrutura de detecção é uma grande promessa para uma diversidade de aplicações em saúde, como detecção de pulso e recuperação da capacidade sensorial em pacientes com disfunção tátil”, disse o Dr. Nicholas Fang, professor de Engenharia Mecânica no MIT.

O Dr. Fang e seus colaboradores detalham seus resultados em um estudo publicado na revista científica Nature Communications. Os coautores do estudo incluem Huifeng Du e Liu Wang do MIT, juntamente com o grupo do professor Dr. Chuanfei Guo, da SUSTech.

O suor como solução

Os sensores de pressão da luva são semelhantes em princípio aos sensores que medem umidade. Esses sensores, encontrados em sistemas de ar condicionado, geladeiras e estações meteorológicas, são projetados como pequenos capacitores, com dois eletrodos, ou placas de metal, comprimindo um material ‘dielétrico’ de borracha que transporta cargas elétricas entre os dois eletrodos.

Em condições úmidas, a camada dielétrica atua como uma esponja para absorver os íons carregados da umidade circundante. Essa adição de íons altera a capacitância, ou quantidade de carga entre os eletrodos, de uma forma que pode ser quantificada e convertida em uma medição de umidade.

Nos últimos anos, os pesquisadores adaptaram essa estrutura de ‘sanduíche’ capacitiva para o projeto de sensores de pressão finos e flexíveis. A ideia é semelhante: quando um sensor é comprimido, o equilíbrio das cargas em sua camada dielétrica muda, de uma forma que pode ser medida e convertida em pressão. Mas a camada dielétrica na maioria dos sensores de pressão é relativamente volumosa, limitando sua sensibilidade.

Para seus novos sensores táteis, a equipe do MIT e da SUSTech eliminou a camada dielétrica convencional em favor de um ingrediente surpreendente: o suor humano. Como o suor contém naturalmente íons como sódio e cloreto, eles pensaram que esses íons poderiam servir como substitutos dielétricos. Em vez de uma estrutura em sanduíche, eles imaginaram dois eletrodos finos e planos, colocados na pele para formar um circuito com uma certa capacitância. Se a pressão fosse aplicada a um eletrodo de “detecção”, os íons da umidade natural da pele se acumulariam na parte inferior e mudariam a capacitância entre os dois eletrodos, em uma quantidade que eles pudessem medir.

Pilares de pressão

Em seu novo estudo, a equipe fabricou eletrodos finos revestidos com milhares de filamentos microscópicos de ouro, ou ‘micropilares’. Eles demonstraram que podiam medir com precisão o grau em que grupos de micropilares se curvavam em resposta a diferentes valores de forças e pressões. Quando eles colocaram um eletrodo de detecção e um eletrodo de controle na ponta do dedo de um voluntário, eles descobriram que a estrutura era altamente sensível. Os sensores foram capazes de captar fases sutis no pulso da pessoa, bem como diferentes picos no mesmo ciclo. Eles também podiam manter leituras precisas de pulso, mesmo quando a pessoa que usava os sensores acenava com as mãos enquanto caminhava pela sala.

“Pulso é uma vibração mecânica que também pode causar deformação da pele, que não podemos sentir, mas os pilares podem”, disse o Dr. Fang.

Os pesquisadores então aplicaram os conceitos de seu novo sensor de pressão com micropilares ao projeto de uma luva tátil altamente sensível. Eles começaram com uma luva de seda e, para fazer os sensores de pressão, eles cortam pequenos quadrados de tecido de carbono, um tecido que é composto de muitos filamentos finos semelhantes a micropilares.

Eles transformaram cada quadrado de tecido em um eletrodo sensor, borrifando-o com ouro, um metal naturalmente condutor. Eles então colaram os eletrodos de tecido em várias partes do revestimento interno da luva, incluindo as pontas dos dedos e palmas das mãos, e fibras condutoras por toda a luva para conectar cada eletrodo ao pulso da luva, onde os pesquisadores colaram um eletrodo de controle.

Vários voluntários se revezaram usando a luva tátil e realizaram várias tarefas, como segurar um balão ou um copo de vidro. A equipe coletou leituras de cada sensor para criar um mapa de pressão na luva durante cada tarefa. Os mapas revelaram padrões distintos e detalhados de pressão gerados durante cada tarefa.

Agora, a equipe planeja usar a luva para identificar padrões de pressão para outras tarefas, como escrever com uma caneta e manusear outros objetos domésticos. Em última análise, os pesquisadors imaginam que essa ajuda tátil poderiam ajudar os pacientes com disfunção motora a calibrar a força e a fortalecer a destreza e a preensão das mãos.

“Algumas habilidades motoras finas exigem não apenas saber como manusear objetos, mas também quanta força deve ser exercida. Esta luva pode nos fornecer medições mais precisas da força de preensão para grupos de controle em comparação com pacientes em recuperação de derrame ou outras condições neurológicas. Isso pode aumentar nossa compreensão e permitir o controle [das tarefas]”, concluiu o professor Nicholas Fang.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do MIT (em inglês).

Fonte: Jennifer Chu, MIT News Office. Imagem: Divulgação, MIT.

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