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Computadores na sua roupa? Um marco para a eletrônica vestível
Aug 22, 2018

Pesquisadores que estão trabalhando para desenvolver eletrônicos vestíveis atingiram um marco: eles são capazes de bordar circuitos em tecido com precisão de 0,1 mm - o tamanho perfeito para integrar componentes eletrônicos, como sensores e dispositivos de memória de computador, em roupas.

Com esse avanço, os pesquisadores da Ohio State University deram o próximo passo em direção ao design de têxteis funcionais - roupas que coletam, armazenam ou transmitem informações digitais. Com mais desenvolvimento, a tecnologia pode levar a camisetas que funcionam como antenas para seu smartphone ou tablet, roupas de ginástica que monitoram seu nível de condicionamento físico, equipamentos esportivos que monitoram o desempenho dos atletas, um curativo que informa ao seu médico como o tecido abaixo dele cura - ou até mesmo um gorro de tecido flexível que sente atividade no cérebro.

Esse último item é um que John Volakis, diretor do Laboratório de Eletrociência da Universidade Estadual de Ohio, e a pesquisadora Asimina Kiourti estão investigando. A idéia é fazer com que os implantes cerebrais, que estão em desenvolvimento para tratar as condições da epilepsia ao vício, sejam mais confortáveis eliminando a necessidade de fiação externa no corpo do paciente.

"Uma revolução está acontecendo na indústria têxtil", disse Volakis, que também é o professor de Engenharia Elétrica da Roy & Lois Chope na Ohio State. “Acreditamos que os têxteis funcionais são uma tecnologia capacitadora para comunicações e sensoriamento - e, um dia, até aplicações médicas, como imagens e monitoramento de saúde”.

Recentemente, ele e Kiourti refinaram seu método de fabricação patenteado para criar protótipos de wearables a uma fração do custo e na metade do tempo, como faziam há apenas dois anos. Com novas patentes pendentes, eles publicaram os novos resultados na revista IEEE Antennas e Wireless Propagation Letters.

No laboratório da Volakis, os têxteis funcionais, também chamados de “e-têxteis”, são criados em parte em uma típica máquina de costura de mesa - do tipo que artesãos e hobistas podem ter em casa. Como outras máquinas de costura modernas, ela envolve o encadeamento em tecido automaticamente com base em um padrão carregado por meio de um arquivo de computador. Os pesquisadores substituem o fio por fios finos de metal prateado que, uma vez bordados, parecem o mesmo que o fio tradicional ao toque.

“Começamos com uma tecnologia muito conhecida - bordados de máquina - e perguntamos: como podemos funcionalizar formas bordadas? Como podemos fazê-los transmitir sinais em freqüências úteis, como para telefones celulares ou sensores de saúde? ”, Disse Volakis. “Agora, pela primeira vez, alcançamos a precisão das placas de circuito impresso, portanto nosso novo objetivo é aproveitar a precisão para incorporar receptores e outros componentes eletrônicos.”

A forma do bordado determina a frequência de operação da antena ou circuito, explicou Kiourti.

A forma de uma antena de banda larga, por exemplo, consiste em mais de meia dúzia de formas geométricas interligadas, cada uma delas um pouco maior que uma unha, que formam um círculo intricado de alguns centímetros de diâmetro. Cada pedaço do círculo transmite energia a uma freqüência diferente, de modo que eles cobrem um amplo espectro de energias quando trabalham juntos - daí a capacidade de “banda larga” da antena para o telefone celular e o acesso à internet.

“A forma determina a função”, ela disse. “E você nunca sabe de que forma vai precisar de um aplicativo para outro. Por isso, queríamos ter uma tecnologia que pudesse bordar qualquer forma para qualquer aplicativo. ”

O objetivo inicial dos pesquisadores, Kiourti acrescentou, era apenas aumentar a precisão do bordado o máximo possível, o que exigia trabalhar com fio de prata fino. Mas isso criou um problema, em que fios finos não poderiam fornecer tanta condutividade superficial quanto fios grossos. Então eles tiveram que encontrar uma maneira de trabalhar o fio fino em densidades de bordados e formas que aumentariam a condutividade da superfície e, assim, o desempenho da antena / sensor.

Anteriormente, os pesquisadores usaram fio de polímero revestido de prata com um diâmetro de 0,5 mm, cada fio feito de 600 filamentos ainda mais finos torcidos juntos. Os novos fios têm um diâmetro de 0,1 mm, feitos com apenas sete filamentos. Cada filamento é de cobre no centro, esmaltado com prata pura.

Eles compram o fio pelo carretel a um custo de 3 centavos por pé; Kiourti estimou que bordar uma única antena de banda larga como a mencionada acima consome cerca de 10 pés de fio, por um custo de material de cerca de 30 centavos por antena. Isso é 24 vezes menos caro do que quando a Volakis e a Kiourti criaram antenas parecidas em 2014.

Em parte, a economia de custos vem do uso de menos threads por bordado. Os pesquisadores anteriormente tinham que empilhar o fio mais grosso em duas camadas, uma em cima da outra, para fazer a antena carregar um sinal elétrico forte o suficiente. Mas, refinando a técnica que ela e Volakis desenvolveram, Kiourti foi capaz de criar as novas antenas de alta precisão em apenas uma camada bordada do fio mais fino. Então agora o processo leva metade do tempo: apenas cerca de 15 minutos para a antena de banda larga mencionada acima.

Ela também incorporou algumas técnicas comuns à fabricação de microeletrônicos para adicionar peças a antenas e circuitos bordados.

Um protótipo de antena parece uma espiral e pode ser bordado em roupas para melhorar a recepção do sinal do celular. Outro protótipo, uma antena extensível com um chip RFID (identificação por radiofrequência) integrado, embebido em borracha, leva as aplicações da tecnologia para além das roupas. (O último objeto fazia parte de um estudo feito para um fabricante de pneus).

No entanto, outro circuito se assemelha ao logotipo do Ohio State Block “O”, com fios escarlate e cinza não condutivos bordados entre os fios de prata “para demonstrar que os e-têxteis podem ser decorativos e funcionais”, disse Kiourti.

Eles podem ser decorativos, mas as antenas e circuitos bordados realmente funcionam. Testes mostraram que uma antena espiral bordada mede aproximadamente seis polegadas através de sinais transmitidos em freqüências de 1 a 5 GHz com eficiência quase perfeita. O desempenho sugere que a espiral seria adequada para internet banda larga e comunicação celular.

Em outras palavras, a camiseta nas costas pode ajudar a impulsionar a recepção do smartphone ou tablet que você está segurando - ou enviar sinais para seus dispositivos com dados de desempenho esportivo ou de saúde.

O trabalho se encaixa bem com o papel da Ohio State como parceira fundadora do Advanced Functional Fabrics of America Institute, um centro nacional de recursos industriais para a indústria e o governo. O novo instituto, que reúne cerca de 50 universidades e parceiros industriais, foi anunciado no início do mês pelo secretário de Defesa dos EUA, Ashton Carter.

A Syscom Advanced Materials em Columbus forneceu os tópicos usados no trabalho inicial de Volakis e Kiourti. Os fios mais finos usados neste estudo foram comprados da fabricante suíça Elektrisola. A pesquisa é financiada pela National Science Foundation, e a Ohio State licenciará a tecnologia para desenvolvimento futuro.

Até lá, a Volakis está fazendo uma lista de compras para a próxima fase do projeto.

"Queremos uma máquina de costura maior", disse ele.

O artigo original vem do iconnect007