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Dispositivos de bombeamento semelhantes a fios podem ser tecidos em roupas
Atualmente, muitas tecnologias assistivas vestíveis baseadas em fluidos exigem uma bomba grande e barulhenta que é impraticável – se não impossível – de ser integrada à roupa. Isso leva a uma contradição: dispositivos vestíveis são rotineiramente conectados a bombas não vestíveis. Mas, recentemente, pesquisadores do Soft Transducers Laboratory (LMTS) da Escola de Engenharia da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, desenvolveram uma solução simples e elegante para esse dilema.
“Apresentamos a primeira bomba do mundo em forma de fibra: em essência, tubos que geram sua própria pressão e taxa de fluxo”, disse o Dr. Herbert Shea, chefe do LMTS. “Agora, podemos costurar nossos dispositivos diretamente em tecidos e roupas, deixando para trás os problemas convencionais.”
A pesquisa foi publicada na revista Science.
Leve, potente e… lavável!
O laboratório do professor Herbert Shea tem uma história de inovação na área de fluidos e tecnologias relacionadas. Em 2019, eles produziram a primeira bomba elástica do mundo.
“Este trabalho se baseia em nossa geração anterior da bomba suave”, disse o Dr. Michael Smith, pesquisador de pós-doutorado do LMTS e principal autor do estudo. “O formato de fibra nos permite fazer bombas mais leves e potentes que são inerentemente mais compatíveis com a tecnologia vestível.”
As bombas de fibra do LMTS usam um princípio chamado eletrohidrodinâmica (EHD) de injeção de carga para gerar um fluxo de fluido sem partes móveis. Dois eletrodos helicoidais embutidos na parede da bomba ionizam e aceleram moléculas de um líquido especial não condutor. O movimento do íon e o formato do eletrodo geram um fluxo de fluido direto para a frente, resultando em uma operação silenciosa e sem vibração, exigindo apenas uma fonte de alimentação e bateria do tamanho da palma da mão.
Para alcançar a estrutura única da bomba, os pesquisadores desenvolveram uma nova técnica de fabricação que envolve torcer fios de cobre e fios de poliuretano em torno de uma haste de aço e, em seguida, fundi-los com calor. Depois que a haste é removida, as fibras de 2 mm podem ser integradas aos tecidos usando técnicas padrão de tecelagem e costura.
O design simples do dispositivo de bombeamento tem várias vantagens. Os materiais necessários são baratos e prontamente disponíveis, e o processo de fabricação pode ser facilmente ampliado. Como a quantidade de pressão gerada pela bomba está diretamente ligada ao seu comprimento, os tubos podem ser cortados de acordo com a aplicação, otimizando o desempenho e minimizando o peso. O design robusto também pode ser lavado com detergentes convencionais.
De exoesqueletos à realidade virtual
Os autores já demonstraram como esses dispositivos de bombeamento de fibra podem ser usadas em novas e empolgantes tecnologias vestíveis. Por exemplo, eles podem circular fluidos quentes e frios através de roupas para aqueles que trabalham em ambientes de temperatura extrema ou em um ambiente terapêutico para ajudar a controlar inflamações; e até mesmo para quem busca otimizar o desempenho atlético.
“De qualquer forma, essas aplicações exigem longos comprimentos de tubulação e, em nosso caso, a tubulação é a bomba. Isso significa que podemos fazer circuitos fluídicos muito simples e leves, convenientes e confortáveis de usar”, disse o Dr. Michael Smith.
O estudo também descreve músculos artificiais feitos de tecido e bombas de fibra incorporadas, que podem ser usadas para alimentar exoesqueletos macios para ajudar os pacientes a se mover e caminhar.
A bomba pode até trazer uma nova dimensão ao mundo da realidade virtual ao simular a sensação de temperatura. Nesse caso, os usuários usam uma luva com bombas cheias de líquido quente ou frio, permitindo sentir as mudanças de temperatura em resposta ao contato com um objeto virtual.
Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).
Acesse a notícia completa na página da Escola Politécnica Federal de Lausanne (em inglês).
Fonte: Celia Luterbacher, EPFL.
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