Pele eletrônica que tem elasticidade, força e sensibilidade em desenvolvimento por cientistas

Um material que imita a pele humana, possui elasticidade, força e sensibilidade poderiam ser usados para coletar dados biológicos em tempo real. A pele eletrônica, ou e-skin, pode desempenhar um papel importante na próxima geração de medicina personalizada, próteses, IA e robótica.

Yichen Cai da KAUST (Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah) disse: “A pele eletrônica ideal imitará as muitas funções naturais da pele humana, por exemplo, sentindo temperatura e toque, com precisão e em tempo real.”

No entanto, fazer eletrônicos razoavelmente flexíveis que possam realizar tarefas tão delicadas e, ao mesmo tempo em que suportam os solavancos e arranhões da vida cotidiana é um desafio, e todo o material envolvido deve ser cuidadosamente projetado.

A maioria das e-skins são feitas por camadas de um nanomaterial ativo (o sensor) em uma superfície elástica que se prende à pele humana. No entanto, a conexão entre essas camadas é muitas vezes muito fraca, o que reduz a durabilidade e sensibilidade do material; alternativamente, se for muito forte, a flexibilidade se torna limitada, tornando-a mais propensa a quebrar e quebrar o circuito.

“A paisagem da eletrônica de pele continua mudando a um ritmo espetacular”, diz Cai. “O surgimento de sensores 2D acelerou os esforços para integrar esses materiais atomicamente finos e mecanicamente fortes em peles artificiais funcionais e duráveis.”

Uma equipe liderada por Cai e seu colega Jie Shen desenvolveu agora uma e-skin durável usando um hidrogel reforçado com nanopartículas de sílica como um substrato forte e elástico e um carboneto de titânio 2D MXene como a camada de sensoriamento, juntamente com nanofios altamente condutores.

“Os hidrogéis são mais de 70% de água, tornando-os muito compatíveis com os tecidos da pele humana”, explica Shen. Ao pré-esticar o hidrogel em todas as direções, aplicando uma camada de nanofios e, em seguida, controlando cuidadosamente sua liberação, os pesquisadores criaram caminhos condutores para a camada do sensor que permaneceu intacta mesmo quando o material foi estendido para 28 vezes o seu tamanho original.

Seu protótipo de e-skin podia sentir objetos a 20 cm de distância, responder a estímulos em menos de um décimo de segundo, e quando usado como um sensor de pressão, poderia distinguir a caligrafia escrita sobre ele. Continuou a funcionar bem após 5.000 deformações, recuperando-se em cerca de um quarto de segundo cada vez.

“É uma conquista impressionante para uma pele e manter a dureza após o uso repetido”, diz Shen, “que imita a elasticidade e a rápida recuperação da pele humana”.

Tais e-skins poderiam monitorar uma série de informações biológicas, como alterações na pressão arterial, que podem ser detectadas desde vibrações nas artérias até movimentos de membros grandes e articulações. Esses dados podem então ser compartilhados e armazenados na nuvem via Wi-Fi.

“Um obstáculo remanescente para o uso generalizado de skins e está na ampliação de sensores de alta resolução”, acrescenta o líder do grupo Vincent Tung; “no entanto, a fabricação aditiva assistida a laser oferece uma nova promessa.”

“Prevemos um futuro para essa tecnologia além da biologia”, acrescenta Cai.

“A fita de sensor elástico poderia um dia monitorar a saúde estrutural de objetos inanimados, por exemplo, móveis e aeronaves.”