Lauren Taylor, estudante de graduação da Rice University, mostra uma camisa com fio de nanotubo de carbono que fornece monitoramento constante do coração do usuário. Crédito: Jeff Fitlow / Rice University
Não há necessidade de vestir smartwatches desconfortáveis ou faixas torácicas para monitorar seu coração se sua camisa confortável pode fazer um trabalho melhor.
Essa é a ideia por trás da “roupa inteligente” desenvolvida por um laboratório da Rice University, que empregou seu fio condutor de nanotubo para tecer funcionalidade em roupas regulares.
O laboratório da Brown School of Engineering do engenheiro químico e biomolecular Matteo Pasquali relatou no jornal Nano Letters da American Chemical Society que costurou fibras de nanotubos em roupas esportivas para monitorar a frequência cardíaca e fazer um eletrocardiograma contínuo (EKG) do usuário.
As fibras são tão condutoras quanto os fios de metal, mas laváveis, confortáveis e muito menos propensas a quebrar quando um corpo está em movimento, de acordo com os pesquisadores.
No geral, a camisa que eles aprimoraram era melhor na coleta de dados do que um monitor de cinta torácica padrão que faz medições ao vivo durante os experimentos. Quando combinada com monitores de eletrodos médicos comerciais, a camisa de nanotubo de carbono deu EKGs ligeiramente melhores.
“A camisa deve ser ajustada ao peito”, disse a estudante Lauren Taylor, principal autora do estudo. “Em estudos futuros, vamos nos concentrar no uso de remendos mais densos de fios de nanotubo de carbono para que haja mais área de superfície para entrar em contato com a pele.”
Os pesquisadores observaram que as fibras de nanotubos são macias e flexíveis, e as roupas que as incorporam podem ser lavadas à máquina. As fibras podem ser costuradas à máquina no tecido, assim como a linha padrão. O padrão de costura em zigue-zague permite que o tecido estique sem quebrá-lo.
As fibras forneceram não apenas contato elétrico estável com a pele do usuário, mas também serviram como eletrodos para conectar eletrônicos como transmissores Bluetooth para transmitir dados a um smartphone ou conectar a um monitor Holter que pode ser guardado no bolso do usuário, disse Taylor.
O laboratório de Pasquali introduziu a fibra de nanotubo de carbono em 2013. Desde então, as fibras, cada uma contendo dezenas de bilhões de nanotubos, têm sido estudadas para uso como pontes para reparar corações danificados, como interfaces elétricas com o cérebro, para uso em implantes cocleares, como antenas flexíveis e para aplicações automotivas e aeroespaciais. Seu desenvolvimento também faz parte do Carbon Hub baseado em Rice, uma iniciativa de pesquisa multiuniversitária liderada por Rice e lançada em 2019.
Os filamentos de nanotubos originais, com cerca de 22 mícrons de largura, eram finos demais para serem manuseados por uma máquina de costura. Taylor disse que um fabricante de cordas foi usado para criar uma linha costurável, essencialmente três feixes de sete filamentos cada, tecida em um tamanho aproximadamente equivalente a linha regular.
“Trabalhamos com alguém que vende pequenas máquinas projetadas para fazer cordas para modelos de navios”, disse Taylor, que a princípio tentou tecer a linha à mão, com sucesso limitado. “Ele foi capaz de nos fazer um dispositivo de média escala que faz o mesmo.”
Ela disse que o padrão em zigue-zague pode ser ajustado para levar em conta o quanto uma camisa ou outro tecido pode esticar. Taylor disse que a equipe está trabalhando com o Dr. Mehdi Razavi e seus colegas do Texas Heart Institute para descobrir como maximizar o contato com a pele.
Fibras entrelaçadas em tecido também podem ser usadas para embutir antenas ou LEDs, segundo os pesquisadores. Pequenas modificações na geometria das fibras e nos componentes eletrônicos associados podem, eventualmente, permitir que as roupas monitorem os sinais vitais, o esforço físico ou a frequência respiratória.
Taylor observou que outros usos potenciais podem incluir interfaces homem-máquina para automóveis ou robótica leve, ou como antenas, monitores de saúde e proteção balística em uniformes militares. “Demonstramos com um colaborador há alguns anos que as fibras de nanotubos de carbono são melhores na dissipação de energia por peso do que o Kevlar, e isso sem alguns dos ganhos que tivemos desde então em resistência à tração”, disse ela.
“Vemos que, após duas décadas de desenvolvimento em laboratórios em todo o mundo, esse material funciona em cada vez mais aplicações”, disse Pasquali. “Por causa da combinação de condutividade, bom contato com a pele, biocompatibilidade e maciez, os fios de nanotubos de carbono são um componente natural para vestíveis.”
Ele disse que o mercado de vestíveis, embora relativamente pequeno, pode ser um ponto de entrada para uma nova geração de materiais sustentáveis que podem ser derivados de hidrocarbonetos via divisão direta, um processo que também produz hidrogênio limpo. O desenvolvimento de tais materiais é um foco do Carbon Hub.
“Estamos na mesma situação que as células solares estavam algumas décadas atrás”, disse Pasquali. “Precisamos de líderes de aplicativos que possam fornecer uma força para aumentar a produção e aumentar a eficiência.”
Publicado em 31/08/2021 02h00
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