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Pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) desenvolveram um novo sensor de pressão aeroelástica, chamado ‘eAir’. Essa tecnologia pode ser aplicada a cirurgias minimamente invasivas e sensores implantáveis, abordando diretamente os desafios associados aos sensores de pressão existentes.
O sensor eAir promete maior precisão e confiabilidade em aplicações médicas. Ele pode potencialmente transformar as cirurgias laparoscópicas, permitindo feedback tátil para os cirurgiões, permitindo uma manipulação mais precisa dos tecidos do paciente. Além disso, o sensor pode melhorar a experiência do paciente, oferecendo um meio menos invasivo de monitorar a pressão intracraniana (ICP), uma métrica de saúde fundamental para indivíduos com problemas neurológicos.
Liderados pelo Professor Associado Benjamin TEE da NUS College of Design and Engineering e NUS Institute for Health Innovation & Technology, as descobertas da equipe de pesquisa foram publicadas recentemente em uma revista científica Materiais da Natureza em 17 de agosto de 2023.
Da folha de lótus ao laboratório: aproveitando o design da natureza
Sensores de pressão convencionais freqüentemente lutam com precisão. Eles têm problemas para fornecer leituras consistentes, geralmente retornando resultados variados quando a mesma pressão é aplicada repetidamente e podem ignorar mudanças sutis na pressão – tudo o que pode levar a erros significativos. Eles também são tipicamente feitos de materiais rígidos e mecanicamente inflexíveis.
Para enfrentar esses desafios na detecção de pressão, a equipe do NUS inspirou-se em um fenômeno conhecido como ‘efeito folha de lótus’ – um fenômeno natural único em que gotas de água rolam sem esforço da superfície da folha, possibilitado por suas minúsculas estruturas repelentes à água. . Imitando esse efeito, a equipe projetou um sensor de pressão projetado para melhorar significativamente o desempenho de detecção.
“O sensor, semelhante a um ‘medidor de capacidade’ em miniatura, pode detectar mudanças mínimas de pressão – espelhando a sensibilidade de uma folha de lótus ao toque extremamente leve de uma gota de água”, explicou o professor Assoc Tee.
Empregando um design inovador de ‘mola de ar’, o sensor eAir abriga uma camada de ar aprisionada, formando uma interface ar-líquido ao entrar em contato com o líquido do sensor. À medida que a pressão externa aumenta, essa camada de ar se comprime. Um tratamento de superfície resulta em um movimento sem atrito da interface dentro do sensor, provocando uma mudança nos sinais elétricos que refletem com precisão a pressão exercida. Usando esse design, os recursos naturais de repelência à água da folha de lótus foram reinventados como uma ferramenta de detecção de pressão simples e elegante.
Os dispositivos eAir podem ser feitos relativamente pequenos – com alguns milímetros de tamanho – e isso comparável aos sensores de pressão existentes.
Potencial avanço revolucionário para cirurgias minimamente invasivas
As aplicações do mundo real desta nova tecnologia são amplas. Por exemplo, em cirurgias laparoscópicas em que o feedback tátil preciso é indispensável, a incorporação de sensores eAir pode levar a procedimentos cirúrgicos mais seguros, melhorando a recuperação e o prognóstico do paciente.
“A realização de cirurgias com pinças apresenta seus desafios únicos. O controle preciso e a percepção precisa das forças aplicadas são essenciais, mas as ferramentas tradicionais às vezes podem ser insuficientes, fazendo com que os cirurgiões confiem muito na experiência e até na intuição. A introdução de sensores eAir macios e facilmente integráveis , no entanto, pode ser um divisor de águas”, disse o professor Assoc Tee, que também é do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da NUS.
“Quando os cirurgiões realizam cirurgias minimamente invasivas, como cirurgia laparoscópica ou robótica, podemos controlar as mandíbulas das pinças, mas não conseguimos sentir o que os efetores estão segurando. Portanto, os cirurgiões precisam confiar em nosso sentido de visão e anos de experiência para fazer um julgamento sobre informações críticas que nosso sentido do tato poderia fornecer”, explicou o Dr. KAAN Hung Leng, consultor do Departamento de Cirurgia Geral do National University Hospital, Ng Teng Fong General Hospital e NUS Yong Loo Lin School de Medicina.
O Dr. Kaan, que não está envolvido no projeto de pesquisa, elaborou: “O feedback háptico ou tátil fornecido por sensores de pressão inteligentes tem o potencial de revolucionar o campo da cirurgia minimamente invasiva. Por exemplo, informações sobre se um tecido que está sendo apreendido é duro, firme ou macio fornece uma fonte adicional e importante de informações para ajudar os cirurgiões a tomar decisões prudentes durante uma cirurgia. Em última análise, esses benefícios intraoperatórios têm o potencial de se traduzir em melhores resultados cirúrgicos e para o paciente.”
Além disso, o eAir apresenta uma oportunidade de melhorar o processo de monitoramento da pressão intracraniana – a pressão dentro do crânio que pode influenciar a saúde do cérebro. Da mesma forma, ao oferecer uma solução minimamente invasiva, a tecnologia pode transformar as experiências dos pacientes no gerenciamento de condições relacionadas ao cérebro, desde fortes dores de cabeça até possíveis danos cerebrais.
Revelando o futuro da detecção inteligente
A equipe da NUS está preparando o terreno para colaborações com os principais participantes da área médica. Ao mesmo tempo, eles registraram uma patente para a tecnologia do sensor eAir em Cingapura e visam traduzir a tecnologia para aplicações do mundo real.
“Queremos refinar ainda mais o sensor eAir para melhorar seu desempenho, explorando vários novos materiais e designs microestruturais”, compartilhou o Prof. Assoc Tee.
A equipe prevê a tecnologia eAir sendo tecida em uma tapeçaria diversificada de aplicações para ambientes líquidos.
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