A descoberta de um novo tipo de “pele eletrônica” maleável, autocurável e totalmente reciclável tem amplas aplicações em monitoramento de saúde, robótica, próteses e dispositivos biomédicos aprimorados.
Um estudo publicado no Os avanços da ciência apresenta uma nova pele eletrônica (ou simplesmente e-skin) que tem uma infinidade de propriedades, incluindo maleabilidade, autocura e reciclabilidade total quando comparada com a humana pele1.A pele, nosso maior órgão, é a cobertura carnuda vista de fora. Nossa pele é um órgão altamente versátil que atua como um escudo isolante à prova d'água e protege nosso corpo de uma variedade de perigos externos ou fatores, por exemplo, danos ao sol. Algumas das funções da pele são a regulação da temperatura corporal, proteção do corpo contra a ingestão de substâncias tóxicas e também a excreção de substâncias tóxicas (junto com o suor), suporte mecânico e imunológico e produção do crucial vitamina D o que é muito importante para os nossos ossos. A pele também é um enorme sensor com amplos nervos para se comunicar instantaneamente com o cérebro.
Pesquisadores em todo o mundo têm trabalhado no desenvolvimento de diferentes tipos e tamanhos de 'vestíveis peles eletrônicas'com o objetivo de tentar imitar biológico pele e suas diversas funções. Há uma grande necessidade de dispositivos flexíveis e extensíveis para integração perfeita com a pele humana macia e curvilínea. Nanoescala (10-9m) os materiais podem fornecer a versatilidade mecânica e elétrica necessária, substituindo o silício rígido que normalmente foi usado antes. A equipe liderada pelo Dr. Jianliang Xiao da Universidade do Colorado, Boulder, EUA, desenvolveu com sucesso uma pele eletrônica artificial (e-skin) com o objetivo de traduzir o toque sensorial da pele humana em robôs e próteses. Essa tentativa é no sentido de ter uma tecnologia “vestível” no futuro, que teria enorme potencial e valor nos campos médico, científico e de engenharia.
E-skin: autocura e reciclável
E-skin é um material fino e translúcido com uma romance tipo de rede de polímero dinâmico ligado covalentemente, chamada poliimina, que é misturada com nanopartículas de prata para melhorar a resistência mecânica, estabilidade química e condutividade elétrica. Este e-skin também possui sensores integrados para medir pressão, temperatura, umidade e fluxo de ar. Esta e-skin está sendo considerada notável porque foi incorporada com muitos recursos que a tornam uma imitação extremamente próxima da pele humana. É altamente maleável e pode ser facilmente colocado em superfícies curvas (por exemplo, braços e pernas humanos, mãos robóticas), aplicando-lhe calor e pressão moderados, sem introduzir tensões excessivas. Possui incríveis propriedades de autocura em que, após qualquer corte ou dano causado por uma circunstância externa, o e-skin recria as ligações químicas entre os dois lados separados, restaurando a matriz para sua funcionalidade adequada e retornando ao seu estado original de ligação.
Se este e-skin se tornar inutilizável devido a qualquer circunstância, ele pode ser totalmente reciclado e transformado em um e-skin novo, colocando-o em uma solução de reciclagem que "liquifica" o material e-skin existente e o transforma em um " novo ”e-skin. Esta solução de reciclagem - uma mistura de três compostos químicos comercialmente disponíveis em etanol - degrada polímeros e nanopartículas de prata afundam no fundo da solução. Esses polímeros degradados podem ser usados novamente para fazer um novo e-skin funcional. Esta autocura e reciclabilidade, que pode ser obtida à temperatura ambiente, é atribuída à ligação química do polímero usado. A vantagem da rede polimérica de poliimina é que ela é reversível e pode ser quebrada e reciclada, ao contrário da maioria dos materiais termostáticos convencionais, que não podem ser remodelados, reprocessados ou reciclados por causa das ligações irreversíveis dentro de suas redes poliméricas reticuladas. É mais robusto do que a própria pele humana e pode ser usado como um aprimoramento, em vez de um substituto. Também é agradável ao toque e se sente quase como uma pele real, o que poderia vir a ser um agente de cobertura no futuro, por exemplo, dispositivos eletrônicos.
As propriedades ecológicas e de baixo custo do e-skin foram aclamadas e esse e-skin poderia reduzir significativamente o desperdício eletrônico e o impacto ambiental e poderia ser altamente utilizável e popular entre os fabricantes em diferentes áreas. Embora possa parecer improvável no momento, esta tecnologia de reutilização também poderia ser aplicada de forma semelhante a itens eletrônicos antigos. Na verdade, os rastreadores de condicionamento físico e monitores de saúde modernos, uma vez danificados, aumentam a crescente montanha de problemas relacionados ao meio ambiente que compõem o lixo eletrônico. A e-skin pode ser usada em volta do pescoço ou nos pulsos e pode ser como dispositivos flexíveis ou tatuagens temporárias e, sempre que forem danificadas, podem ser recicladas e reutilizadas. Como a e-skin é flexível, ela pode ser dobrada e torcida e pode ser personalizada de acordo com o usuário. A tecnologia abre caminhos para soluções inteligentes robótica em que uma pele eletrônica tão agradável e confortável pode ser enrolada no corpo de um robô ou de um membro artificial. Para elaborar, um braço ou perna protético envolto nesta pele eletrônica pode permitir ao usuário responder às mudanças de temperatura e pressão devido aos múltiplos sensores incorporados nele. Os braços ou pernas robóticas equipados com essa pele eletrônica podem fazer com que os robôs atuem com mais delicadeza com os humanos e sejam mais seguros e confiáveis. Por exemplo, o e-skin pode ser especificamente adaptado a um robô que manuseie um bebé ou um idoso frágil e, assim, o robô não aplicará demasiada força. Outra aplicação do e-skin pode ser potencialmente em ambientes perigosos ou trabalhos de alto risco. É plausível que esta tecnologia possa ser usada com botões, controles ou portas virtuais que permitiriam qualquer operação sem interação física humana, por exemplo, na indústria de explosivos ou outras linhas de trabalho perigosas, e assim este e-skin talvez seja capaz de diminuir as chances de qualquer ferimento humano.
Adicionando display ao e-skin
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Tóquio adicionou recentemente um display2(micro-LED) até adesivos ultrafinos de pele eletrônica tipo band-aid para permitir a exibição de diferentes sinais de monitoramento de saúde em tempo real (por exemplo, medição dos níveis de glicose em pessoas com diabetes ou a forma de onda móvel de um eletrocardiograma de um coração paciente). Esses adesivos têm uma fiação extensível e, portanto, podem dobrar ou esticar até 45% com base no movimento do usuário. Estes são considerados como tendo o design mais flexível e durável dos últimos tempos. A eliminação contínua de células da pele humana pode significar que o adesivo pode cair após alguns dias, mas isso pode ser contornado.
Este estudo, liderado pelo Professor Takao Someya afirma que tal tela pode ser eventualmente usada para permitir a leitura e comunicação de informações médicas de uma maneira fácil e contínua, não apenas para pacientes, mas também para familiares, cuidadores e profissionais de saúde, pessoalmente ou mesmo remotamente. Ele também receberia mensagens. Os pesquisadores pretendem melhorar ainda mais a confiabilidade do patch, torná-lo mais econômico e também aumentar sua produção para um alcance mais amplo em todo o mundo. O objetivo é lançar o aparelho no mercado até o final de 2020.
Desafios futuros
O desenvolvimento do e-skin é uma pesquisa nova e empolgante; no entanto, uma das propriedades fundamentais da nossa - flexibilidade e capacidade de alongamento - ainda não foi alcançada com sucesso pelo e-skin. A e-skin é macia, mas não tão elástica quanto a pele humana. Segundo os autores, tal como está, o material também não é facilmente reproduzível. Uma ligeira redução no desempenho geral de detecção em um dispositivo e-skin reabilitado / reciclado foi observada em comparação com um módulo novo, o que precisa ser totalmente abordado com pesquisas futuras. Os campos magnéticos usados pelos e-skins também são bastante elevados e precisam ser reduzidos. Atualmente, o dispositivo é alimentado por uma fonte externa, o que é muito impraticável, mas deveria ser possível ter pequenas baterias recarregáveis para alimentar o dispositivo. Dr.Xiao e sua equipe querem refinar este produto e melhorar a solução de dimensionamento para que pelo menos os obstáculos econômicos possam ser superados e este e-skin seja mais fácil de fabricar e colocar em robôs ou próteses ou dispositivos médicos ou qualquer outra coisa.
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{Você pode ler o artigo de pesquisa original clicando no link DOI fornecido abaixo na lista de fontes citadas}
Fontes)
1. Zou Z et al. 2018. Revestimento eletrônico recuperável, totalmente reciclável e maleável, ativado por nanocompósito termofixo covalente dinâmico. Os avanços da ciência. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508
2. Someya T. 2018. Monitoramento contínuo da saúde com sensores ultraflexíveis na pele. Simpósio da Reunião Anual da AAAS, Austin, Texas, 17 de fevereiro de 2018.
