T-shirt “inteligente” usa fibras de nanotubo de carbono flexível para controlar o coração
As fibras de nanotubos de carbono adaptáveis de Rice, tecidas diretamente nas roupas, coletam eletrocardiogramas e batimentos cardíacos com precisão.
Não há necessidade de usar smartwatches estranhos ou faixas peitorais para monitorar seu coração se sua camiseta confortável pode fazer uma tarefa muito melhor.
Essa é a ideia por trás de uma “roupa inteligente” criada por um laboratório do Rice College, que usava seu fio de nanotubo condutor para tecer funcionalidade em roupas normais.
O laboratório da Brown School of Design do engenheiro químico e biomolecular Matteo Pasquali relatou no jornal American Chemical Culture Nano Letters que costurou fibras de nanotubos em roupas esportivas para controlar o preço do coração e fazer um eletrocardiograma contínuo (EKG) do usuário.
As fibras são tão condutoras quanto cordas de metal, mas podem ser limpas, confortáveis e têm muito menos probabilidade de sofrer danos quando o corpo permanece em movimento, de acordo com os cientistas.
No geral, a camiseta que eles aprimoraram era muito melhor na coleta de dados do que uma tela de cinta torácica primária que fazia medições em tempo real durante os experimentos. Quando combinada com telas de eletrodos clínicos industriais, a camiseta de nanotubos de carbono deu EKGs ligeiramente melhores.
“A camisa deve ser ajustada ao peito”, afirmou a estudante Lauren Taylor, principal autora do estudo. “Em pesquisas futuras, certamente nos concentraremos no uso de remendos mais densos de fios de nanotubos de carbono, para que haja mais área de contato com a pele.”
Os pesquisadores observaram que as fibras de nanotubos são macias e versáteis, e as roupas que as incorporam podem ser lavadas por máquina. As fibras podem ser costuradas à máquina no tecido como uma linha padrão. O padrão de costura em zigue-zague permite que o material estique sem quebrá-lo.
As fibras forneciam não apenas contato elétrico constante com a pele do usuário, mas também agiam como eletrodos para conectar dispositivos eletrônicos como transmissores Bluetooth para transmitir dados a um telefone celular ou conectar a um display Holter que pode ser armazenado no bolso do usuário, afirmou Taylor.
O laboratório de Pasquali introduziu a fibra de nanotubo de carbono em 2013. Desde então, as fibras, cada uma consistindo de 10 bilhões de nanotubos, foram examinadas para uso como pontes para reparar corações danificados, como interfaces elétricas de usuário com a mente, para uso em implantes cocleares, como antenas adaptáveis e para aplicações automotivas e aeroespaciais. O crescimento deles também faz parte do Centro de Carbono com base em Rice, uma iniciativa de estudo multiuniversitária liderada por Rice e lançada em 2019.
Os filamentos de nanotubos originais, com cerca de 22 mícrons de largura, eram bem finos para um dispositivo de costura cuidar. Taylor afirmou que um fabricante de cordas foi usado para criar um fio costurável, essencialmente três pacotes de sete filamentos cada, tecido em um tamanho quase igual ao fio padrão.
“Colaboramos com alguém que vende pequenos artefatos criados para fazer cordas para modelos de navios”, afirmou Taylor, que a princípio tentou tecer a corda manualmente, com sucesso limitado. “Ele conseguiu nos fazer um gadget de médio porte que faz exatamente o mesmo.”
Ela afirmou que o padrão em ziguezague poderia ser adaptado para contabilizar quanto uma camiseta ou outro material tem mais probabilidade de se estender. Taylor disse que a equipe está colaborando com o Dr. Mehdi Razavi e seus colegas de trabalho no Texas Heart Institute para descobrir exatamente como maximizar o contato com a pele.
As fibras tecidas diretamente no material também podem ser usadas para embutir antenas ou LEDs, de acordo com os pesquisadores. Pequenas modificações na geometria das fibras e nos componentes eletrônicos associados podem, eventualmente, permitir que as roupas verifiquem os sinais vitais, o esforço físico ou a frequência respiratória.
Taylor observou que outros usos possíveis podem consistir em interfaces de usuário homem-máquina para carros ou robótica leve, ou como antenas, monitores de bem-estar e segurança balística em uniformes militares. “Demonstramos com um parceiro há alguns anos que as fibras de nanotubos de carbono são melhores na dissipação de energia por peso do que o Kevlar, e isso sem vários dos ganhos que tivemos devido à resistência à tração”, disse ela.
“Vemos que, após vinte anos de crescimento em laboratórios em todo o mundo, esse material funciona em cada vez mais aplicações”, afirmou Pasquali. “Devido à combinação de condutividade, excelente contato com a pele, biocompatibilidade e maciez, as cordas de nanotubos de carbono são uma peça natural para vestíveis.”
Ele disse que o mercado de vestíveis, embora relativamente pequeno, pode ser um fator de acesso para uma nova geração de materiais sustentáveis que podem ser derivados de hidrocarbonetos por meio de divisão direta, um processo que também produz hidrogênio limpo. O avanço de tais produtos é uma ênfase do Carbon Hub.
“Estamos nas mesmas circunstâncias que as células solares estavam alguns anos atrás”, afirmou Pasquali. “Precisamos de líderes de aplicativos que possam fornecer uma força para aumentar a produção e aumentar a eficiência.”
Referência: “Washable, Sewable, All-Carbon Electrodes and Signal Wires for Electronic Clothing” por Lauren W. Taylor, Steven M. Williams, J. Stephen Yan, Oliver S. Dewey, Flavia Vitale e Matteo Pasquali, 30 de agosto de 2021, Nano Cartas .
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.1c01039
