Uma equipe de engenheiros da Universidade de Delaware está desenvolvendo têxteis inteligentes de próxima geração, criando revestimentos compostos de nanotubos de carbono flexíveis em uma ampla gama de fibras, incluindo algodão, nylon e lã. A descoberta deles é relatada no jornal Sensores ACS onde eles demonstram a capacidade de medir uma faixa excepcionalmente ampla de pressão - desde o leve toque da ponta do dedo até serem atropelados por uma empilhadeira.

Tecido revestido com essa tecnologia de detecção poderia ser usado em "roupas inteligentes" futuras, onde os sensores são colocados nas solas dos sapatos ou costurados nas roupas para detectar o movimento humano.

Os nanotubos de carbono fornecem esta luz, flexível, revestimento de tecido respirável capacidade de detecção impressionante. Quando o material é espremido, grandes mudanças elétricas no tecido são facilmente medidas.

"Como um sensor, é muito sensível a forças que variam de toque a toneladas, "disse Erik Thostenson, professor associado dos Departamentos de Engenharia Mecânica e Ciência e Engenharia de Materiais.

Revestimentos nanocompósitos eletricamente condutores semelhantes a nervos são criados nas fibras usando deposição eletroforética (EPD) de nanotubos de carbono funcionalizados com polietilenoimina.

"Os filmes agem como uma tinta que adiciona funcionalidade de detecção elétrica, "disse Thostenson." O processo EPD desenvolvido em meu laboratório cria este revestimento nanocompósito muito uniforme que é fortemente ligado à superfície da fibra. O processo é industrialmente escalonável para futuras aplicações. "

Agora, os pesquisadores podem adicionar esses sensores ao tecido de uma forma que seja superior aos métodos atuais para fazer têxteis inteligentes. Técnicas existentes, como fibras de revestimento com metal ou fibra de tricô e fios de metal juntos, pode diminuir o conforto e durabilidade dos tecidos, disse Thostenson, que dirige o Laboratório de Compósitos Multifuncionais da UD. O revestimento nanocompósito desenvolvido pelo grupo de Thostenson é flexível e agradável ao toque e foi testado em uma variedade de fibras naturais e sintéticas, incluindo Kevlar, lã, nylon, Spandex e poliéster. Os revestimentos têm apenas 250 a 750 nanômetros de espessura - cerca de 0,25 a 0,75 por cento da espessura de um pedaço de papel - e só acrescentariam cerca de um grama de peso a um sapato ou roupa comum. O que mais, os materiais usados ​​para fazer o revestimento do sensor são baratos e relativamente ecológicos, uma vez que podem ser processados ​​à temperatura ambiente com água como solvente.

Explorando Aplicações Futuras

Uma aplicação potencial do tecido revestido por sensor é medir as forças nos pés das pessoas enquanto elas caminham. Esses dados podem ajudar os médicos a avaliar os desequilíbrios após a lesão ou ajudar a prevenir lesões em atletas. Especificamente, O grupo de pesquisa de Thostenson está colaborando com Jill Higginson, professor de engenharia mecânica e diretor do Laboratório de Biomecânica Neuromuscular da UD, e seu grupo como parte de um projeto piloto financiado pelo Delaware INBRE. O objetivo deles é ver como esses sensores, quando embutido em calçados, compare com técnicas de laboratório biomecânicas, como esteiras instrumentadas e captura de movimento.

Durante os testes de laboratório, as pessoas sabem que estão sendo vigiadas, mas fora do laboratório, o comportamento pode ser diferente.

"Uma de nossas ideias é que poderíamos utilizar esses novos tecidos fora de um ambiente de laboratório - caminhando pela rua, em casa, onde quer que, "disse Thostenson.

Sagar Doshi, um estudante de doutorado em engenharia mecânica na UD, é o autor principal do artigo. Ele trabalhou na fabricação dos sensores, otimizando sua sensibilidade, testando suas propriedades mecânicas e integrando-as em sandálias e sapatos. Ele usou os sensores em testes preliminares, e até agora, os sensores coletam dados que se comparam aos coletados por uma plataforma de força, um dispositivo de laboratório que normalmente custa milhares de dólares.

"Como o sensor de baixo custo é fino e flexível, existe a possibilidade de criar calçados personalizados e outras roupas com eletrônicos integrados para armazenar dados durante o dia-a-dia, "Doshi disse." Esses dados podem ser analisados ​​mais tarde por pesquisadores ou terapeutas para avaliar o desempenho e, em última análise, reduzir o custo dos cuidados de saúde. "

Essa tecnologia também pode ser promissora para aplicações em medicina esportiva, recuperação pós-cirúrgica, e para avaliar distúrbios do movimento em populações pediátricas.

"Pode ser um desafio coletar dados de movimento em crianças ao longo de um período de tempo e em um contexto realista, "disse Robert Akins, Diretor do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Clínico Pediátrico do Nemours-Alfred I. duPont Hospital for Children em Wilmington e professor afiliado de ciência de materiais e engenharia, engenharia biomédica e ciências biológicas na UD. "Afinar, flexível, sensores altamente sensíveis como esses podem ajudar fisioterapeutas e médicos a avaliar a mobilidade de uma criança remotamente, o que significa que os médicos podem coletar mais dados, e possivelmente dados melhores, de uma forma econômica que requer menos visitas à clínica do que os métodos atuais. "

A colaboração interdisciplinar é essencial para o desenvolvimento de aplicações futuras, e na UD, os engenheiros têm uma oportunidade única de trabalhar com professores e alunos da Faculdade de Ciências da Saúde na ciência da UD, Campus de Tecnologia e Pesquisa Avançada (STAR).

"Como engenheiros, desenvolvemos novos materiais e sensores, mas nem sempre entendemos os principais problemas que os médicos, fisioterapeutas e pacientes estão enfrentando, "disse Doshi." Nós colaboramos com eles para trabalhar nos problemas que estão enfrentando e direcioná-los para uma solução existente ou criar uma solução inovadora para resolver esse problema. "

O grupo de pesquisa de Thostenson também usa sensores baseados em nanotubos para outras aplicações, como monitoramento de integridade estrutural.

"Há muito tempo que trabalhamos com nanotubos de carbono e sensores compostos baseados em nanotubos, "disse Thostenson, que é docente afiliado do Centro de Materiais Compostos da UD (UD-CCM). Trabalhando com pesquisadores em engenharia civil, seu grupo foi pioneiro no desenvolvimento de sensores de nanotubos flexíveis para ajudar a detectar rachaduras em pontes e outros tipos de estruturas de grande escala. "Uma das coisas que sempre me intrigou sobre os compósitos é que os projetamos em vários comprimentos de escala, desde as geometrias das peças macroscópicas, um avião ou uma asa de avião ou parte de um carro, para a estrutura do tecido ou nível de fibra. Então, os reforços em nanoescala como nanotubos de carbono e grafeno nos dão outro nível para ajustar as propriedades estruturais e funcionais do material. Embora nossa pesquisa possa ser fundamental, há sempre um olho voltado para as aplicações. A UD-CCM tem uma longa história de tradução de descobertas de pesquisas fundamentais em laboratório em produtos comerciais por meio do consórcio industrial da UD-CCM. "