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– Artigo original Nanowerk: (Nanowerk Spotlight) Relógios inteligentes, rastreadores de fitness, roupas inteligentes, acessórios médicos inteligentes, luvas de dados – o mercado de eletrônicos vestíveis está evoluindo rapidamente para além dos serviços de saúde, fitness e bem-estar, para entretenimento informativo e aplicações comerciais e industriais.
Eletrônica vestível consiste em várias áreas: sensores, atuadores, eletrônica e fonte de alimentação ou geração. Enquanto a primeira geração consistia principalmente em componentes destacáveis, a segunda geração está se movendo em direção a sensores, atuadores e soluções terapêuticas incorporadas à indústria têxtil (leia nosso Nanowerk Spotlight anterior: “Nanotecnologia em têxteis – o novo preto”; eletrônica vestível).
Um dos principais desafios é a necessidade de obter e combinar propriedades diferentes, como flexibilidade, conforto do usuário e capacidade de miniaturização e moda do dispositivo. Para fazer isso, os pesquisadores estão fazendo uso de diferentes materiais como nanotubos de carbono, grafeno, polímeros e elastômeros dielétricos e compósitos. Estes são adaptados para aplicação específica, dependendo de seus diferentes comportamentos característicos em diferentes estímulos.
Um artigo de revisão em Materiais Avançados (“Importância de Nanomateriais em Wearables: Uma Revisão em Atuadores Wearable e Sensores”), investiga a contribuição de nanomateriais no campo de wearables com um foco em atuadores e sensores. Os autores discutem as aplicações atuais dos nanomateriais neste campo e abordam os diferentes materiais e métodos utilizados.
Atuadores vestíveis
Os atuadores reagem a um sinal elétrico ou estímulo gerado a partir de uma unidade de processamento ou a um sinal obtido diretamente de um sensor. Tais estímulos podem ser desenvolvidos por meios mecânicos, térmicos, químicos ou magnéticos, enquanto as reações podem resultar em deformações estruturais, força ou movimento, aquecimento, ruído ou mesmo liberação de substâncias.
O desenvolvimento de e-têxteis e tecidos inteligentes ampliou as aplicações de atuadores usáveis. Contribuíram para esse desenvolvimento elementos de aquecimento embutidos em vestíveis; dispositivos terapêuticos baseados em nanocompósitos; músculos artificiais e atuadores musculares; dispositivos de reabilitação; e sistemas de distribuição de drogas vestíveis.
Para ser incorporada em eletrônicos vestíveis e flexíveis, a seleção do material é muito importante. Com base em suas aplicações, eles devem ter força, rigidez estrutural e flexibilidade suficientes e devem ser capazes de fornecer uma quantidade suficiente de força de atuação. Além disso, devem possuir conforto e biocompatibilidade, especialmente para sistemas de liberação de medicamentos e sistemas terapêuticos.
No entanto, materiais transdutores tradicionais, como materiais piezoelétricos, materiais magnetostritivos e compósitos de tunelamento quântico, são muito difíceis de integrar em materiais flexíveis devido à sua baixa flexibilidade. Isso levou à exploração de diferentes grupos de materiais e ao desenvolvimento de novos nanocompósitos e outros materiais, incluindo nanopartículas metálicas, polímeros eletroativos, polímeros condutores, líquidos iônicos, nanotubos de carbono, grafeno e ligas com memória de forma.
Com essa variedade de materiais e suas aplicações, os pesquisadores seguiram diferentes processos de fabricação, incluindo eletrofiação, revestimento por pulverização, malharia, tecelagem e fundição de soluções.
Representação esquemática do sistema de entrega de medicamentos com montagem de microbombas. (© Wiley-VCH Verlag) nanotecnologia
Sensores vestíveis
Os sensores nanomateriais detectam um estímulo externo e o convertem em um sinal mensurável, que pode ser transferido posteriormente para uma unidade de processamento ou um dispositivo de monitoramento.
O aparecimento de sensores em nossa vida diária revolucionou a qualidade de vida do ser humano. Adote um smartphone moderno: ele pode fixar, agregar e exibir com precisão a posição e a orientação dos usuários, integrando muitos sensores como giroscópio, acelerômetro, magnetômetro e barômetros em conjunto.
Espera-se, no entanto, que os sensores vestíveis sejam as aplicações mais viáveis e possíveis no futuro próximo. Dispositivos portáteis equipados com uma série de sensores simplificados, como temperatura, sensores de deformação para postura e movimento do corpo, biossensores para monitoramento de doenças e sensores multifuncionais para detecção de voz e expressão facial podem alimentar dados em tempo real para um sistema central de processamento e monitoramento.
Sensores vestíveis precisam ser leves e flexíveis, apresentar desempenho mecânico e térmico superior para evitar que sejam danificados, e devem ser de baixo custo.
A baixa flexibilidade e consistência dos sistemas de sensores tradicionais, baseados em materiais rígidos de metal e semicondutores, os tornam amplamente inadequados para sensores vestíveis.
Sensores vestíveis exigem novas abordagens no projeto de materiais e estruturas para possuir alta flexibilidade, extensibilidade, sensibilidade e ampla faixa de detecção.
Isso levou os pesquisadores a explorar novos nanocompósitos e nanomateriais para sensores vestíveis. A escolha de nanomateriais para sensores vestíveis considera principalmente as propriedades do material, a tecnologia de processamento e a possibilidade de produção em grande escala. Especialmente, os nanomateriais e nanocompósitos 1D, incluindo nanofios metálicos e nanofibras, estão sendo amplamente utilizados.
A fim de obter extensibilidade em larga escala de nanomateriais, além de usar todos os materiais intrinsecamente esticáveis, muitos pesquisadores adotaram estratégias avançadas de projeto estrutural para melhorar o comportamento de deformação do sistema, tais como estruturas onduladas, formas de ferradura, serpentinas filiformes ou estruturas fractais, e estruturas porosas, incluindo esponjas e espumas.
Os sensores baseados em nanomateriais são principalmente preparados pela incorporação de nanomateriais em substratos flexíveis ou elásticos, como fibras, tecidos ou polímeros. Para fabricar sensores baseados em nanomateriais, os pesquisadores utilizam predominantemente revestimento por spin, revestimento por pulverização, fundição por gota, revestimento por imersão, montagem de camada por camada, filtração a vácuo e técnicas diretas de impressão ou escrita.
Os pesquisadores já demonstraram vários sensores wearable inovadores com excelente desempenho, sintetizando nanomateriais e nanocompósitos incorporando com nanomateriais existentes: sensores de tensão / movimento; sensores de pressão; sensores de temperatura; e sensores multifuncionais.
Esses sensores vestíveis podem ser colocados ou embutidos na roupa ou presos a partes do corpo como dedo, punho, braço, garganta, tórax e perna. Outros podem ser incorporados em acessórios, como luvas, relógios, brincos, colares, broches e assim por diante.
Michael Berger – Michael é autor de dois livros da Sociedade Real de Química: Nano-Society: Empurrando as Fronteiras da Tecnologia e Nanotecnologia: O Futuro é Minúsculo. Direitos autorais © Nanowerk nanotecnologia
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