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Pesquisadores da North Carolina State University desenvolveram um sensor de tensão elástico que possui uma combinação sem precedentes de sensibilidade e alcance, permitindo detectar até mesmo pequenas alterações na tensão com maior amplitude de movimento do que as tecnologias anteriores. Os pesquisadores demonstraram a utilidade do sensor criando novos dispositivos de monitoramento de saúde e interface homem-máquina.
A tensão é uma medida de quanto um material se deforma em relação ao seu comprimento original. Por exemplo, se você esticar um elástico até o dobro de seu comprimento original, sua tensão será de 100%.
“E a medição da tensão é útil em muitas aplicações, como dispositivos que medem a pressão sanguínea e tecnologias que rastreiam o movimento físico”, diz Yong Zhu, autor correspondente de um artigo sobre o trabalho e o Distinguished Professor de Andrew A. Adams de Engenharia Mecânica e Aeroespacial no estado de NC.
“Mas até o momento houve uma compensação. Sensores de deformação que são sensíveis – capazes de detectar pequenas deformações – não podem ser esticados muito longe. Por outro lado, sensores que podem ser esticados em comprimentos maiores geralmente não são muito sensíveis. O novo sensor que desenvolvemos é sensível e capaz de suportar deformações significativas”, diz Zhu. “Uma característica adicional é que o sensor é altamente robusto mesmo quando sobrecarregado, o que significa que é improvável que quebre quando a tensão aplicada exceder acidentalmente a faixa de detecção.”
O novo sensor consiste em uma rede de nanofios de prata embutida em um polímero elástico. O polímero apresenta um padrão de cortes paralelos de profundidade uniforme, alternando de ambos os lados do material: um corte da esquerda, seguido de um da direita, seguido de um da esquerda e assim por diante.
“Esta característica – os cortes padronizados – é o que permite uma maior gama de deformação sem sacrificar a sensibilidade”, diz Shuang Wu, que é o primeiro autor do artigo e um Ph.D recente. pós-graduação na NC State.
O sensor mede a tensão medindo as mudanças na resistência elétrica. À medida que o material estica, a resistência aumenta. Os cortes na superfície do sensor são perpendiculares à direção em que ele é esticado. Isso faz duas coisas. Primeiro, os cortes permitem que o sensor se deforme significativamente. Como os cortes na superfície se abrem, criando um padrão em zigue-zague, o material pode suportar deformações substanciais sem atingir o ponto de ruptura. Em segundo lugar, quando os cortes se abrem, isso força o sinal elétrico a viajar mais, viajando para cima e para baixo em zigue-zague.
“Para demonstrar a sensibilidade dos novos sensores, nós os usamos para criar novos dispositivos de pressão arterial vestíveis”, diz Zhu. “E para demonstrar até que ponto os sensores podem ser deformados, criamos um dispositivo vestível para monitorar o movimento nas costas de uma pessoa, que tem utilidade para fisioterapia”.
“Também demonstramos uma interface homem-máquina”, diz Wu. “Especificamente, usamos o sensor para criar um controlador de toque tridimensional que pode ser usado para controlar um videogame.”
“O sensor pode ser facilmente incorporado em materiais vestíveis existentes, como tecidos e fitas atléticas, conveniente para aplicações práticas”, diz Zhu. “E tudo isso está apenas arranhando a superfície. Acreditamos que haverá uma série de aplicações adicionais à medida que continuamos trabalhando com essa tecnologia.”
O trabalho foi realizado com o apoio da National Science Foundation, sob o número de concessão 2122841; os Institutos Nacionais de Saúde, sob o número de concessão R01HD108473; e o Departamento de Defesa dos EUA, sob o número de concessão W81XWH-21-1-0185.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade Estadual da Carolina do Norte. Original escrito por Matt Shipman. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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