Designers obtêm o segredo da pele iônica

Na busca por desenvolver uma pele inteligente que se assemelhe às capacidades de detecção da pele natural, as peles iônicas revelaram vantagens consideráveis. Eles são construídos a partir de hidrogéis versáteis e biocompatíveis. Que usam íons para transportar uma carga elétrica. Ao contrário das peles inteligentes feitas de plástico e também de aço, os hidrogéis têm as qualidades macias da pele natural. Isso dá uma sensação extra natural ao braço protético ou à mão robótica em que estão instalados. Além de torná-los confortáveis ​​de usar.

Esses hidrogéis podem produzir voltagens quando tocados. Mas os pesquisadores não compreenderam claramente como até que uma equipe de pesquisadores da UBC projetou um experimento especial. Lançado hoje em Pesquisa Científica.

” Como os sensores de hidrogel funcionam é que eles produzem voltagens e correntes em reação a estímulos. Como estresse ou toque o que estamos chamando de efeito piezoiônico. No entanto, não reconhecemos exatamente como essas tensões são produzidas”. Reivindica o escritor principal da pesquisa, Yuta Dobashi, que começou o trabalho como parte de seu mestrado em engenharia biomédica na UBC.

Trabalhando sob a orientação do pesquisador da UBC Dr. John Madden. Dobashi desenvolveu sensores de hidrogel com sais com íons positivos e negativos de vários tamanhos. Ele e parceiros nas divisões de física e química da UBC. Campos magnéticos usados ​​para rastrear precisamente como os íons se moviam quando o estresse era colocado na unidade de detecção.

” Quando a pressão é aplicada ao gel, essa prensa espalha os íons no fluido em diferentes velocidades, criando um sinal elétrico. Os íons favoráveis, que geralmente tendem a ser de tamanho menor, são realocados muito mais rapidamente do que os íons maiores e desfavoráveis. Isso resulta em uma circulação de íons desigual que produz um campo elétrico, que é o que faz um sensor piezoiônico funcionar.”

Correlacionando com os sentidos humanos

Os pesquisadores afirmam que essa nova experiência verifica que os hidrogéis funcionam de maneira semelhante à forma como os humanos detectam o estresse, que também é por meio da realocação de íons em resposta ao estresse, inspirando novas aplicações prospectivas para peles iônicas.

“A aplicação evidente é a criação de unidades de detecção que interagem diretamente com as células e também com os nervos, já que as voltagens, correntes e tempos de feedback são semelhantes aos das membranas celulares”, diz o Dr. Madden, especialista em eletricidade e computador. professor de engenharia de sistemas em professores de pesquisa científica aplicada da UBC. “Quando ligamos nossa unidade de detecção a um nervo, ela cria um sinal no nervo. O nervo, posteriormente, desencadeia a contração.”

” Você pode visualizar um braço protético coberto por uma pele iônica. A pele detecta um item por toque ou estresse, compartilha essa informação através dos nervos para o cérebro , e o cérebro aciona os motores elétricos necessários para levantar ou segurar o item. Com mais avanço da pele do sensor e interfaces com os nervos, essa interface de usuário biônica é concebível.”

Mais uma aplicação é uma unidade de detecção de hidrogel macio que suportou a pele que pode ficar de olho nos sinais vitais de um paciente ao mesmo tempo em que é totalmente discreta e também cria seu próprio poder.

Dobashi, que está atualmente concluindo seu Ph.D. trabalhar no College of Toronto, está ansioso para continuar com a manutenção de inovações iônicas depois de se formar.

” Podemos imaginar um futuro em que ‘iontrônicos’ gelatinosos sejam usados ​​para implantes corporais. Articulações sintéticas podem ser implantadas, sem medo de serem rejeitadas dentro do corpo. Dispositivos iônicos podem ser utilizados como parte do material sintético da cartilagem do joelho, incluindo um componente de observação inteligente. Um implante dentário de gel piezoiônico pode liberar medicamentos com base na quantidade de estresse que detecta, por exemplo.”

Um futuro promissor

Dr. Madden incluiu que o mercado de skins inteligentes é estimado em US$ 4,5 bilhões em 2019, e ainda precisa se expandir. “Smart skins podem ser integradas na roupa ou colocadas diretamente na pele, assim como as skins iônicas são uma das tecnologias modernas que podem melhorar esse crescimento.”

A pesquisa inclui contribuições de química UBC Ph.D. graduado Yael Petel, bem como Carl Michal, professor de física da UBC, que usou a comunicação entre campos eletromagnéticos fortes, bem como os spins nucleares de íons para rastrear movimentos de íons dentro dos hidrogéis. Cédric Plesse, Giao Nguyen e também Frédéric Vidal da CY Cergy Paris University, na França, ajudaram a estabelecer um novo conceito sobre como a carga e a tensão são geradas nos hidrogéis.

Leia o artigo original no Science Daily .

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Fonte da história:

Produtos oferecidos pelo College of British Columbia. Lembre-se: o conteúdo pode ser modificado para estilo e duração.

Recomendação do diário:

Yuta Dobashi, Dickson Yao, Yael Petel, Tan Ngoc Nguyen, Mirza Saquib Sarwar, Yacine Thabet, Cliff LW Ng, Ettore Scabeni Glitz, Giao Tran Minh Nguyen, Cédric Plesse, Frédéric Vidal, Carl A. Michal, John DW Madden. Mecanorreceptores piezoiônicos: geração existente induzida por força em hidrogéis. Ciência, 2022; 376 (6592): 502 DOI: 10.1126/science.aaw1974.