Na última década, uma grande tendência na eletrônica tem sido o desenvolvimento de sensores, monitores e dispositivos inteligentes que são perfeitamente integrados ao corpo humano. A maioria desses dispositivos vestíveis são unicamente conectados ao smartphone do usuário e transmitem todos os dados via Bluetooth ou sinais Wi-Fi. Mas, à medida que os consumidores usam cada vez mais dispositivos vestíveis, e à medida que os dados que eles transmitem aumentam em sofisticação, métodos de conexão mais inovadores estão sendo procurados.

Agora, pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) inventaram uma maneira completamente nova de interconexão de dispositivos vestíveis. Eles incorporaram têxteis condutores às roupas para conectar dinamicamente vários dispositivos vestíveis de uma vez. Esta "rede de sensores corporais sem fio" permite que os dispositivos transmitam dados com 1, Sinal 000 vezes mais forte do que as tecnologias convencionais, o que significa que a vida útil da bateria de todos os dispositivos é dramaticamente melhorada. As redes sem fio desses dispositivos vestíveis em um corpo têm aplicações futuras no monitoramento de saúde, intervenções médicas e interfaces homem-máquina.

Este avanço tecnológico, que levou uma equipe de 10 membros por ano para alcançar, foi publicada como capa de Nature Electronics em 17 de junho de 2019.

Melhor transmissão de dados, maior privacidade

Atualmente, quase todos os sensores corporais, como relógios inteligentes, se conectam a smartphones e outros aparelhos eletrônicos vestíveis por meio de ondas de rádio, como Bluetooth e Wi-Fi. Essas ondas se irradiam em todas as direções, o que significa que a maior parte da energia é perdida para a área circundante. Esse método de conectividade reduz drasticamente a eficiência da tecnologia vestível, pois a maior parte da vida útil da bateria é consumida na tentativa de conexão.

Como tal, O professor assistente John Ho e sua equipe do Instituto de Inovação e Tecnologia em Saúde (NUS iHealthtech) e da Faculdade de Engenharia da NUS queriam confinar os sinais entre os sensores mais próximos do corpo para melhorar a eficiência.

A solução deles foi aprimorar roupas regulares com têxteis condutores conhecidos como metamateriais. Em vez de enviar ondas para o espaço circundante, esses metamateriais são capazes de criar "ondas de superfície" que podem deslizar sem fio ao redor do corpo nas roupas. Isso significa que a energia do sinal entre os dispositivos é mantida perto do corpo, em vez de espalhada em todas as direções. Portanto, os eletrônicos vestíveis usam muito menos energia do que o normal, e os dispositivos podem detectar sinais muito mais fracos.

"Esta inovação permite a transmissão perfeita de dados entre dispositivos em níveis de potência que são 1, 000 vezes reduzido. Ou, alternativamente, esses metamateriais têxteis poderiam aumentar o sinal recebido em 1, 000 vezes, o que pode resultar em taxas de dados drasticamente mais altas para a mesma energia, "Asst Prof Ho afirmou. Na verdade, o sinal entre os dispositivos é tão forte que é possível transmitir energia sem fio de um smartphone para o próprio dispositivo - abrindo a porta para dispositivos vestíveis sem bateria.

Crucialmente, esse aumento de sinal não requer nenhuma alteração no smartphone ou no dispositivo Bluetooth - o metamaterial funciona com qualquer dispositivo sem fio existente na banda de frequência projetada.

Esta forma inventiva de dispositivos de rede também oferece mais privacidade do que os métodos convencionais. Atualmente, ondas de rádio transmitem sinais a vários metros da pessoa que usa o dispositivo, o que significa que informações pessoais e confidenciais podem ser vulneráveis ​​a bisbilhoteiros em potencial. Ao confinar o sinal de comunicação sem fio a 10 centímetros do corpo, Asst Prof Ho e sua equipe criaram uma rede que é mais segura.

Design inteligente, capacidades aprimoradas

A equipe tem uma patente provisória de primeiro ano sobre o design têxtil de metamaterial, que consiste em uma tira de metamaterial em forma de pente no topo da roupa com uma camada condutora não padronizada por baixo. Essas tiras podem então ser dispostas na roupa em qualquer padrão necessário para conectar todas as áreas do corpo. O metamaterial em si é econômico, na faixa de alguns dólares por metro, e pode ser comprado prontamente em rolos.

"Começamos com um metamaterial específico que era plano e podia suportar ondas de superfície. Tivemos que redesenhar a estrutura para que pudesse funcionar nas frequências usadas para Bluetooth e Wi-Fi, funcionam bem mesmo quando perto do corpo humano, e poderia ser produzida em massa cortando folhas de têxteis condutores, "Asst Prof Ho explicou.

O design específico da equipe foi criado com a ajuda de um modelo de computador para garantir uma comunicação bem-sucedida na faixa de radiofrequência e otimizar a eficácia geral. A roupa inteligente é então fabricada cortando a laser o metamaterial condutor e fixando as tiras com adesivo de tecido.

Uma vez feito, as roupas "inteligentes" são altamente robustas. Eles podem ser dobrados e dobrados com perda mínima de intensidade do sinal, e as tiras condutoras podem até ser cortadas ou rasgadas, sem inibir os recursos sem fio. As roupas também podem ser lavadas, seco, e passadas como roupas normais.

Próximos passos

A equipe está conversando com potenciais parceiros para comercializar esta tecnologia, e, em um futuro próximo, o Asst Prof Ho espera testar os têxteis "inteligentes" como roupas esportivas especializadas e para pacientes de hospitais para monitorar o desempenho e a saúde. As aplicações potenciais podem variar dramaticamente - desde a medição dos sinais vitais de um paciente sem inibir sua liberdade de movimento, para ajustar o volume nos fones de ouvido sem fio de um atleta com um único movimento de mão.

"Nós imaginamos que dotando roupas esportivas, roupas médicas e outros acessórios com recursos eletromagnéticos avançados podem aprimorar nossa capacidade de perceber e interagir com o mundo ao nosso redor, "Asst Prof Ho disse.