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Hoje, os telefones dobráveis são onipresentes. Agora, usando modelos que prevêem o quão bem um dispositivo eletrônico flexível se adaptará a superfícies esféricas, os engenheiros da Universidade de Wisconsin-Madison e da Universidade do Texas em Austin podem inaugurar uma nova era em que esses dispositivos flexíveis podem se integrar perfeitamente a partes do corpo humano. .
No futuro, por exemplo, uma retina artificial bioeletrônica flexível implantada no globo ocular de uma pessoa pode ajudar a restaurar a visão, ou uma lente de contato inteligente pode detectar continuamente os níveis de glicose no corpo.
“Com nosso poderoso modelo de simulação, agora podemos prever a conformabilidade imediatamente, o que acelera drasticamente o processo de design de eletrônicos flexíveis”, diz Ying Li, professor associado de engenharia mecânica da UW-Madison, cujo grupo de pesquisa desenvolveu os modelos computacionais. “Os resultados da simulação fornecem uma orientação muito clara para os experimentalistas, que agora podem determinar o design ideal sem a necessidade de fazer muitos experimentos extremamente demorados”.
Os pesquisadores detalharam seu trabalho em um artigo publicado em 19 de abril de 2023, na revista Avanços da Ciência.
Para funcionar como esperado, os dispositivos bioeletrônicos devem fazer contato muito próximo com o tecido vivo e evitar dobras ou vincos. No entanto, os pesquisadores têm lutado para conseguir que a eletrônica flexível se adapte totalmente às chamadas “superfícies não desenvolvíveis” – superfícies como esferas que não podem ser achatadas sem quebrar ou enrugar – que estão por todo o corpo humano.
Neste estudo, a equipe de pesquisa usou uma combinação de abordagens experimentais, analíticas e numéricas para investigar sistematicamente como as folhas poliméricas circulares (que imitam as propriedades mecânicas da eletrônica flexível), bem como as folhas circulares parcialmente cortadas, se conformam em superfícies esféricas. A análise desses resultados permitiu que os pesquisadores derivassem uma fórmula pronta para uso que revela a física subjacente e prevê a conformabilidade da eletrônica flexível.
“Todos os resultados de nossos três métodos diferentes apontaram para a mesma física, o que é empolgante”, diz Nanshu Lu, professor do Departamento de Engenharia Aeroespacial e Mecânica da Universidade do Texas em Austin, que liderou a pesquisa experimental. “Formulamos uma equação matemática muito simples para orientar o projeto de eletrônicos flexíveis para máxima conformabilidade, e isso deve ter um impacto significativo no campo”.
Além disso, os pesquisadores demonstraram um método simples e elegante para aumentar consideravelmente a capacidade das folhas flexíveis de se conformarem em superfícies esféricas. Inspirados na arte japonesa do kirigami, em que o papel é cortado e dobrado, os pesquisadores fizeram os cortes radiais mais simples possíveis na folha circular, melhorando sua conformabilidade de 40% para mais de 90%.
Li diz que esse avanço impulsionará a inovação no campo, permitindo que muitos outros pesquisadores projetem eletrônicos flexíveis aprimorados.
“Este é o primeiro trabalho a fornecer uma imagem completa para entender o complexo processo de como a eletrônica flexível se adapta a essas superfícies complicadas”, diz Li. “Esse avanço abrirá caminho para todos os estudos futuros na área de desenvolvimento de bioeletrônica que melhor se adapte ao corpo humano.”
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