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Pesquisadores demonstraram uma técnica para criar sensores que podem funcionar tanto no ar quanto debaixo d’água. A abordagem abre caminho para sensores “anfíbios” com aplicações que vão do monitoramento da vida selvagem até aplicações biomédicas.
As novas descobertas se concentram em sensores de tensão, que medem a deformação — o que significa que eles podem ser usados para medir como as coisas se esticam, dobram e se movem.
“Por exemplo, há interesse em criar sensores de tensão que possam ser usados em aplicações biomédicas — como sensores que possam ser usados para observar o comportamento de vasos sanguíneos e outros sistemas biológicos”, diz Shuang Wu, primeiro autor de um artigo sobre o trabalho e pesquisador de pós-doutorado na North Carolina State University. “Outras aplicações possíveis incluem a criação de sensores que possam medir como os peixes se movem debaixo d’água, monitorar a saúde da vida selvagem e assim por diante.”
“No entanto, um grande desafio ao criar esses sensores de deformação vestíveis ou implantáveis é garantir que os sensores possam funcionar em ambientes úmidos”, diz Yong Zhu, autor correspondente do artigo e professor emérito Andrew A. Adams de Engenharia Mecânica e Aeroespacial na NC State.
“Nosso objetivo com este trabalho era criar sensores que durassem muito tempo em um ambiente úmido sem sacrificar o desempenho do sensor”, diz Wu.
Com esse objetivo em mente, a equipe de pesquisa começou utilizando um sensor de deformação sensível que a equipe desenvolveu no final de 2022. Os pesquisadores então intercalaram o sensor entre duas películas finas feitas de um polímero altamente elástico e à prova d’água.
O polímero encapsula o sensor. Isso mantém a água fora, mas não restringe o movimento do material do sensor como a maioria dos outros encapsulamentos devido ao seu design de interface exclusivo. Isso dá ao sensor a sensibilidade e a elasticidade desejadas. O sensor pode ser conectado a um pequeno chip que transmite dados sem fio.
“Em experimentos, descobrimos que os sensores anfíbios eram sensíveis e tinham um tempo de resposta rápido”, diz Wu. “E descobrimos que o desempenho dos sensores era o mesmo, quer o sensor estivesse no ar ou depois de submerso em água salgada por 20 dias.”
“Os sensores também são muito estáveis — seu desempenho não caiu, mesmo depois de serem esticados 16.000 vezes”, diz Zhu.
Para demonstrar a funcionalidade dos sensores anfíbios, os pesquisadores usaram os sensores para rastrear os movimentos de peixes robóticos e monitorar a pressão sanguínea no coração de um porco. Os pesquisadores também criaram uma luva que incorporou os sensores anfíbios, usando os sensores para traduzir os sinais de mão de um mergulhador em mensagens que pudessem ser lidas por pessoas dentro ou fora da água.
“A ideia era criar uma maneira fácil para os mergulhadores se comunicarem efetivamente com outros mergulhadores debaixo d’água ou com membros da tripulação ainda no barco”, diz Wu.
“Enviamos um pedido de patente para essa tecnologia e estamos abertos a trabalhar com parceiros da indústria para incorporar esses sensores em várias aplicações”, diz Zhu.
O trabalho foi realizado com o apoio da National Science Foundation, sob as bolsas 2122841 e 2134664; dos Institutos Nacionais de Saúde, sob a bolsa R01HD108473; e do Departamento de Defesa, sob a bolsa W81XWH-21-1-0185.
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