Engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram um patch vestível que pode fornecer resfriamento e aquecimento personalizados em casa, trabalhar, ou em movimento. O macio, adesivo elástico resfria ou aquece a pele do usuário a uma temperatura confortável e a mantém assim conforme a temperatura ambiente muda. É alimentado por um sistema flexível, bateria extensível e pode ser embutida na roupa. Os pesquisadores dizem que usá-lo pode ajudar a economizar energia no ar-condicionado e aquecimento.

O trabalho é publicado em 17 de maio na revista. Avanços da Ciência .

"Este tipo de dispositivo pode melhorar o seu conforto térmico pessoal, quer você esteja se deslocando em um dia quente ou sentindo muito frio no escritório, "disse Renkun Chen, um professor de engenharia mecânica e aeroespacial na UC San Diego que liderou o estudo.

O dispositivo, que está no estágio de prova de conceito, também pode economizar energia. "Se usar este dispositivo pode fazer você se sentir confortável em uma faixa de temperatura mais ampla, você não vai precisar desligar tanto o termostato no verão ou aumentar tanto o aquecimento no inverno, "Disse Chen. Manter a temperatura definida em um prédio 12 graus mais alta durante o verão, por exemplo, poderia cortar custos de resfriamento em cerca de 70 por cento, ele notou.

Há uma variedade de dispositivos pessoais de resfriamento e aquecimento no mercado, mas não são os mais convenientes de usar ou carregar. Alguns usam um ventilador, e alguns precisam ser embebidos ou cheios de líquidos, como água.

Chen e uma equipe de pesquisadores da Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs projetaram seu dispositivo para ser confortável e conveniente de usar. É flexível, leve e pode ser facilmente integrado em roupas.

O remendo é feito de ligas termoelétricas - materiais que usam eletricidade para criar uma diferença de temperatura e vice-versa - ensanduichadas entre folhas elásticas elásticas. O dispositivo resfria ou aquece fisicamente a pele a uma temperatura escolhida pelo usuário.

"Você pode colocar isso em pontos que tendem a aquecer ou esfriar mais rápido do que o resto do corpo, como as costas, pescoço, pés ou braços, para ficar confortável quando fica muito quente ou frio, "disse o primeiro autor Sahngki Hong, um ex-aluno de engenharia mecânica da UC San Diego que trabalhou no projeto como um Ph.D. estudante no laboratório de Chen.

Os pesquisadores embutiram um protótipo do patch em uma braçadeira de malha e testaram em um sujeito do sexo masculino. Os testes foram realizados em um ambiente com temperatura controlada. Em dois minutos, o patch resfriou a pele do testador a uma temperatura definida de 89,6 graus Fahrenheit. Ele manteve a pele do testador nessa temperatura, já que a temperatura ambiente variou entre 71,6 e 96,8 graus Fahrenheit.

Um alicerce para roupas inteligentes

O objetivo final é combinar vários remendos para criar roupas inteligentes que podem ser usadas para resfriamento e aquecimento personalizados. Então, os engenheiros projetaram um patch eletrônico suave que pode esticar, dobre e torça sem comprometer sua função eletrônica.

O trabalho é uma colaboração entre vários grupos de pesquisa da Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs. Laboratório de Chen, especializada em tecnologia de transferência de calor, conduziu o estudo. Eles se uniram aos professores de nanoengenharia Sheng Xu, um especialista em eletrônica extensível, Shirley Meng, um especialista em tecnologia de bateria, Ping Liu, que também é especialista em bateria, e Joseph Wang, um especialista em sensores vestíveis.

Os pesquisadores construíram o patch pegando pequenos pilares de materiais termoelétricos (feitos de ligas de telureto de bismuto), soldá-los a finas tiras de eletrodo de cobre, e imprensá-los entre duas folhas de elastômero.

As folhas são especialmente projetadas para conduzir o calor, sendo macias e elásticas. Os pesquisadores criaram as folhas misturando um material de borracha chamado Ecoflex com pó de nitreto de alumínio, um material com alta condutividade térmica.

O patch usa uma corrente elétrica para mover o calor de uma folha de elastômero para a outra. Conforme a corrente flui através dos pilares do telureto de bismuto, ele impulsiona o calor junto com ele, fazendo com que um lado do sistema transdérmico aqueça e o outro resfrie.

“Para fazer resfriamento, temos a bomba de calor atual do lado da pele para a camada voltada para fora, "Chen explicou." Para aquecer, nós apenas invertemos a corrente para que as bombas de calor na outra direção. "

O patch é alimentado por uma bateria flexível. É feito de uma série de células tipo moeda, todas conectadas por fios de cobre em forma de mola e embutidas em um material elástico.

Economizando energia

Um patch mede 5 × 5 centímetros de tamanho e usa até 0,2 watts de energia. A equipe de Chen estima que seriam necessários 144 remendos para criar um colete de resfriamento. Isso usaria cerca de 26 watts no total para manter um indivíduo resfriado em um dia quente médio (durante o calor extremo, o uso de energia estimado subiria para 80 watts, que é a quantidade de uso de um laptop). Por comparação, um sistema de ar condicionado convencional usa dezenas de quilowatts para resfriar um escritório inteiro.

É mais eficiente em termos de energia resfriar uma pessoa do que uma sala grande, pesquisadores observaram. "Se houver apenas um punhado de ocupantes naquela sala, você está essencialmente consumindo milhares de watts por pessoa para resfriamento. Um dispositivo como o patch pode reduzir drasticamente as contas de resfriamento, "Chen disse.

A equipe agora está trabalhando em patches que podem ser integrados a um protótipo de colete de resfriamento e aquecimento. Eles esperam comercializar a tecnologia em alguns anos.

"Resolvemos os problemas fundamentais, agora estamos lidando com os grandes problemas de engenharia - a eletrônica, hardware, e desenvolver um aplicativo móvel para controlar a temperatura, "Chen disse.