Notícia

Engenheiros desenvolvem ‘pele eletrônica’ sem fio e sem chip

Divulgação, MIT

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

terça-feira, 23 agosto 2022 06:10

Áreas

Bioeletrônica. Ciência de Dados. Computação. Endocrinologia. Engenharia Biomédica. Medicina. Metabolismo.

Sensores vestíveis são onipresentes graças à tecnologia sem fio que permite que as concentrações de glicose, pressão arterial, frequência cardíaca e níveis de atividade de uma pessoa sejam transmitidos perfeitamente do sensor para o smartphone para posterior análise.

Atualmente, a maioria dos sensores sem fio se comunica por meio de chips Bluetooth incorporados que são alimentados por pequenas baterias. Mas esses chips e fontes de energia convencionais provavelmente serão muito volumosos para os sensores de próxima geração, que estão assumindo formas menores, mais finas e mais flexíveis.

Recentemente, engenheiros do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveram um novo tipo de sensor vestível que se comunica sem fio, sem exigir chips ou baterias locais. Seu design, detalhado na revista Science, abre um caminho para novos sensores sem fio e sem chip.

O design do sensor da equipe é uma forma de ‘pele eletrônica’, ou ‘e-skin‘ – um filme flexível e semicondutor que se adapta à pele como uma fita adesiva eletrônica. O coração do sensor é um filme ultrafino e de alta qualidade de nitreto de gálio, um material conhecido por suas propriedades piezoelétricas, o que significa que pode produzir um sinal elétrico em resposta à tensão mecânica e vibrar mecanicamente em resposta a um impulso elétrico.

Os pesquisadores descobriram que poderiam aproveitar as propriedades piezoelétricas bidirecionais do nitreto de gálio e usar o material simultaneamente para detecção e comunicação sem fio.

No novo estudo, a equipe produziu amostras puras e monocristalinas de nitreto de gálio, que emparelharam com uma camada condutora de ouro para aumentar qualquer sinal elétrico de entrada ou saída. Os pesquisadores mostraram que o dispositivo é sensível o suficiente para vibrar em resposta ao batimento cardíaco de uma pessoa, bem como ao sal em seu suor, e que as vibrações do material geravam um sinal elétrico que podia ser lido por um receptor próximo. Dessa forma, o dispositivo conseguiu transmitir informações de sensoriamento sem fio, sem a necessidade de chip ou bateria.

“Os chips exigem muita energia, mas nosso dispositivo pode tornar um sistema muito leve sem ter chips que consomem muita energia”, disse o Dr. Jeehwan Kim, coautor do estudo, professor de Engenharia Mecânica e de Ciência e Engenharia de Materiais e pesquisador principal do Laboratório de Pesquisa em Eletrônica do MIT. “Você poderia colocá-lo em seu corpo como um curativo e, emparelhado com um leitor sem fio em seu celular, você poderia monitorar seu pulso, suor e outros sinais biológicos, sem fio”, destacou o pesquisador.

Os engenheiros colocaram a nova e-skin nos pulsos e pescoços dos voluntários e usaram uma antena simples, mantida nas proximidades, para registrar sem fio a frequência do dispositivo sem entrar em contato físico com o próprio sensor. O dispositivo foi capaz de detectar e transmitir sem fio alterações nas ondas acústicas de superfície do nitreto de gálio na pele dos voluntários relacionadas à frequência cardíaca.

A equipe também emparelhou o dispositivo com uma fina membrana de detecção de íons – um material que atrai seletivamente um íon alvo e, neste caso, o sódio. Com esse aprimoramento, o dispositivo pôde detectar e transmitir sem fio os níveis de sódio alterados enquanto um voluntário segurava uma almofada quente e começava a suar.

Os pesquisadores veem seus resultados como um primeiro passo para sensores sem fio e sem chip e imaginam que o dispositivo atual pode ser emparelhado com outras membranas seletivas para monitorar outros biomarcadores vitais.

“Mostramos a detecção de sódio, mas se você alterar a membrana de detecção, poderá detectar qualquer biomarcador alvo, como glicose ou cortisol, relacionado aos níveis de estresse. É uma plataforma bastante versátil”, concluiu Jun Min Suh, coautor e pós-doutorando do MIT.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

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

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