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Atualmente, muitas tecnologias assistivas vestíveis baseadas em fluidos exigem uma bomba grande e barulhenta que é impraticável – se não impossível – de integrar à roupa. Isso leva a uma contradição: dispositivos vestíveis são rotineiramente conectados a bombas não vestíveis. Agora, pesquisadores do Soft Transducers Laboratory (LMTS) da Escola de Engenharia desenvolveram uma solução simples e elegante para esse dilema.
“Apresentamos a primeira bomba do mundo na forma de uma fibra; em essência, uma tubulação que gera sua própria pressão e vazão”, disse o chefe da LMTS, Herbert Shea. “Agora, podemos costurar nossos escarpins de fibra diretamente em tecidos e roupas, deixando para trás os escarpins convencionais.”
A pesquisa foi publicada na revista Ciência.
Leve, potente… e lavável
O laboratório de Shea tem uma história de fluidos inovadores. Em 2019, eles produziram a primeira bomba elástica do mundo.
“Este trabalho se baseia em nossa geração anterior de bomba suave”, diz Michael Smith, pesquisador de pós-doutorado do LMTS e principal autor do estudo. “O formato de fibra nos permite fazer bombas mais leves e potentes que são inerentemente mais compatíveis com a tecnologia vestível.”
As bombas de fibra LMTS usam um princípio chamado eletrohidrodinâmica de injeção de carga (EHD) para gerar um fluxo de fluido sem partes móveis. Dois eletrodos helicoidais embutidos na parede da bomba ionizam e aceleram moléculas de um líquido especial não condutor. O movimento do íon e o formato do eletrodo geram um fluxo de fluido direto para a frente, resultando em uma operação silenciosa e sem vibração, exigindo apenas uma fonte de alimentação e bateria do tamanho da palma da mão.
Para alcançar a estrutura única da bomba, os pesquisadores desenvolveram uma nova técnica de fabricação que envolve torcer fios de cobre e fios de poliuretano em torno de uma haste de aço e, em seguida, fundi-los com calor. Depois que a haste é removida, as fibras de 2 mm podem ser integradas aos tecidos usando técnicas padrão de tecelagem e costura.
O design simples da bomba tem várias vantagens. Os materiais necessários são baratos e prontamente disponíveis, e o processo de fabricação pode ser facilmente ampliado. Como a quantidade de pressão gerada pela bomba está diretamente ligada ao seu comprimento, os tubos podem ser cortados de acordo com a aplicação, otimizando o desempenho e minimizando o peso. O design robusto também pode ser lavado com detergentes convencionais.
Do exoesqueleto à realidade virtual
Os autores já demonstraram como essas bombas de fibra podem ser usadas em novas e empolgantes tecnologias vestíveis. Por exemplo, eles podem circular fluidos quentes e frios através de roupas para aqueles que trabalham em ambientes de temperatura extrema ou em um ambiente terapêutico para ajudar a controlar a inflamação; e até mesmo para quem busca otimizar o desempenho atlético.
“Essas aplicações requerem longos comprimentos de tubulação de qualquer maneira e, em nosso caso, a tubulação é a bomba. Isso significa que podemos fazer circuitos fluídicos muito simples e leves que são convenientes e confortáveis de usar”, diz Smith.
O estudo também descreve músculos artificiais feitos de tecido e bombas de fibra incorporadas, que podem ser usadas para alimentar exoesqueletos macios para ajudar os pacientes a se mover e caminhar.
A bomba pode até trazer uma nova dimensão ao mundo da realidade virtual ao simular a sensação de temperatura. Nesse caso, os usuários usam uma luva com bombas cheias de líquido quente ou frio, permitindo sentir as mudanças de temperatura em resposta ao contato com um objeto virtual.
Bombeado para o futuro
Os pesquisadores já estão procurando melhorar o desempenho de seu dispositivo. “As bombas já funcionam bem e estamos confiantes de que, com mais trabalho, podemos continuar a fazer melhorias em áreas como eficiência e vida útil”, diz Smith. O trabalho já começou para aumentar a produção das bombas de fibra, e o LMTS também tem planos de incorporá-las em dispositivos vestíveis mais complexos.
“Acreditamos que esta inovação é um divisor de águas para a tecnologia vestível”, diz Shea.
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