Notícia

Novo tecido pode ‘ouvir’ o batimento cardíaco

Greg Hren, MIT

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

quinta-feira, 17 março 2022 06:20

Áreas

Biomecânica. Ciência dos Materiais. Engenharia Biomédica. Fonoaudiologia. Otorrinolaringologia.

Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e colaboradores da Rhode Island School of Design, nos Estados Unidos, projetaram um tipo de ‘tecido acústico’: um tecido que funciona como um microfone, convertendo o som primeiro em vibrações mecânicas e depois em sinais elétricos, de forma semelhante à forma como nossos ouvidos ouvem.

Todos os tecidos vibram em resposta a sons audíveis, embora essas vibrações sejam na escala de nanômetros – muito pequenas para serem percebidas normalmente. Para capturar esses sinais imperceptíveis, os pesquisadores criaram uma fibra flexível projetada a partir de um material ‘piezoelétrico’, que produz um sinal elétrico quando dobrado ou deformado mecanicamente, fornecendo um meio para o tecido converter vibrações sonoras em sinais elétricos.

O tecido pode capturar sons que variam em decibéis, desde ruídos em uma biblioteca silenciosa até tráfego rodoviário pesado, e determinar a direção precisa de sons repentinos, como palmas. Quando usado no forro de uma camisa, o tecido pode detectar características sutis como o batimento cardíaco de uma pessoa. As fibras também podem ser feitas para gerar som, como uma gravação de palavras faladas, que outro tecido pode detectar.

Um artigo detalhando o desenvolvimento da equipe foi publicado na revista científica Nature.

O Dr. Wei Yan, pesquisador que ajudou a desenvolver a fibra como pós-doutorando do MIT, vê muitos usos para tecidos que ‘ouvem’: “Usando uma roupa acústica, você pode falar através dela para atender telefonemas e se comunicar com outras pessoas”, disse o Dr. Yan, que agora é professor na Universidade Tecnológica de Nanyang, em Cingapura. “Além disso, esse tecido pode interagir de forma imperceptível com a pele humana, permitindo que os usuários monitorem suas condições cardíacas e respiratórias de maneira confortável, contínua, em tempo real e em longo prazo.”

Fonte: Greg Hren, MIT.

Camadas de som

Os tecidos são tradicionalmente usados ​​para amortecer ou reduzir sons. Mas o Dr. Yoel Fink, professor do MIT, e sua equipe trabalham há anos para reformular os papéis convencionais dos tecidos. Eles se concentram em estender as propriedades dos materiais para tornar os tecidos mais funcionais. Ao procurar maneiras de fazer tecidos sensíveis ao som, a equipe se inspirou no ouvido humano.

O som audível viaja pelo ar como leves ondas de pressão. Quando essas ondas atingem nosso ouvido, um órgão tridimensional extremamente sensível e complexo, o tímpano usa uma camada circular de fibras para traduzir as ondas de pressão em vibrações mecânicas. Essas vibrações viajam através de pequenos ossos até o ouvido interno, onde a cóclea converte as ondas em sinais elétricos que são detectados e processados ​​pelo cérebro.

Inspirada no sistema auditivo humano, a equipe procurou criar um ‘ouvido’ de tecido que fosse macio, durável, confortável e capaz de detectar sons. A pesquisa levou a duas descobertas importantes: esse tecido teria que incorporar fibras rígidas, para converter efetivamente as ondas sonoras em vibrações. E a equipe teria que projetar uma fibra que pudesse dobrar com o tecido e produzir uma saída elétrica no processo.

Com essas diretrizes em mente, a equipe desenvolveu um bloco de materiais em camadas chamado pré-molde, feito de uma camada piezoelétrica, além de ingredientes para melhorar as vibrações do material em resposta às ondas sonoras. A pré-forma resultante foi então aquecida e ‘puxada’ em fibras finas de 40 metros de comprimento.

Audição leve

Os pesquisadores testaram a sensibilidade da fibra aos sons anexando-a a uma folha suspensa de mylar. Eles usaram um laser para medir a vibração da folha – e, por extensão, da fibra – em resposta ao som reproduzido por um alto-falante próximo. Em resposta, a fibra vibrou e gerou uma corrente elétrica proporcional ao som reproduzido.

“Isso mostra que o desempenho da fibra na membrana é comparável ao de um microfone de mão”, disse Grace Noel, doutoranda no MIT.

Em seguida, a equipe teceu a fibra com fios convencionais para produzir painéis de tecido lavável à máquina. “Parece quase como uma jaqueta leve – mais leve que jeans, mas mais pesada que uma camisa social”, explicou Elizabeth Meiklejohn, pesquisadora da Rhode Island School of Design, que teceu o tecido usando um tear padrão.

Elizabeth costurou um painel na parte de trás de uma camisa, e a equipe testou a sensibilidade do tecido ao som direcional batendo palmas em vários ângulos da camisa.

“O tecido foi capaz de detectar o ângulo da origem do som com precisão de 1 grau a uma distância de 3 metros”, destacou Grace Noel.

Além de aparelhos auditivos vestíveis, roupas que comunicam e roupas que rastreiam sinais vitais, a equipe vê aplicações em diferentes áreas: “O tecido pode ser integrado em edifícios para detectar rachaduras ou tensões ou pode até ser tecido em uma rede inteligente para monitorar peixes no oceano. A fibra poderá abrir amplas oportunidades”, concluiu o Dr, Wei Yan.

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. Imagens: Greg Hren, MIT.

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