Durante séculos, "fibras sintéticas" significavam a matéria-prima de roupas e cordas; na era da informação, passou a significar os filamentos de vidro que transportam dados nas redes de comunicação. Mas para Yoel Fink, professor associado de Ciência de Materiais e investigador principal do Laboratório de Pesquisa de Eletrônica do MIT, os fios usados ​​nos têxteis e até nas fibras ópticas são passivos demais. Na última década, seu laboratório tem trabalhado para desenvolver fibras com propriedades cada vez mais sofisticadas, para habilitar tecidos que podem interagir com seu ambiente.

Na edição de agosto da Nature Materials, Fink e seus colaboradores anunciam um novo marco no caminho para as fibras funcionais:fibras que podem detectar e produzir som. Os aplicativos podem incluir roupas que são microfones sensíveis, para capturar a fala ou monitorar funções corporais, e minúsculos filamentos que podem medir o fluxo sanguíneo nos capilares ou a pressão no cérebro. O papel, cujos autores também incluem Shunji Egusa, um ex-pós-doutorado no laboratório de Fink, e os atuais membros do laboratório Noémie Chocat e Zheng Wang, Apareceu em Materiais da Natureza 'website em 11 de julho, e o trabalho que descreve foi apoiado pelo Instituto de Nanotecnologias de Soldados do MIT, a National Science Foundation e a Defense Advanced Research Projects Agency do Departamento de Defesa dos EUA.

As fibras ópticas comuns são feitas de uma "pré-forma, "um grande cilindro de um único material que é aquecido, prolongado, e depois resfriado. As fibras desenvolvidas no laboratório de Fink, por contraste, derivam sua funcionalidade do elaborado arranjo geométrico de vários materiais diferentes, que deve sobreviver ao processo de aquecimento e extração intacta.

A coisa certa

O coração das novas fibras acústicas é um plástico comumente usado em microfones. Ao brincar com o conteúdo de flúor do plástico, os pesquisadores foram capazes de garantir que suas moléculas permanecessem assimétricas - com átomos de flúor alinhados de um lado e átomos de hidrogênio do outro - mesmo durante o aquecimento e extração. A assimetria das moléculas é o que torna o plástico "piezoelétrico, "o que significa que ele muda de forma quando um campo elétrico é aplicado a ele.

Em um microfone piezoelétrico convencional, o campo elétrico é gerado por eletrodos de metal. Mas em um microfone de fibra, o processo de estiramento faria com que os eletrodos de metal perdessem sua forma. Então, os pesquisadores usaram um plástico condutor que contém grafite, o material encontrado em grafite. Quando aquecido, o plástico condutor mantém uma viscosidade mais alta - produz um fluido mais espesso - do que um metal.

Isso não apenas evitou a mistura de materiais, mas, crucialmente, também feito para fibras com uma espessura regular. Depois que a fibra foi desenhada, os pesquisadores precisam alinhar todas as moléculas piezoelétricas na mesma direção. Isso requer a aplicação de um poderoso campo elétrico - 20 vezes mais poderoso do que os campos que causam relâmpagos durante uma tempestade. Em qualquer lugar a fibra é muito estreita, o campo geraria um minúsculo raio, o que poderia destruir o material ao seu redor.

Resultados de som

Apesar do delicado equilíbrio exigido pelo processo de fabricação, os pesquisadores conseguiram construir fibras funcionais no laboratório. "Você pode realmente ouvi-los, essas fibras, "diz Chocat, um estudante de graduação no departamento de ciência de materiais. "Se você os conectasse a uma fonte de alimentação e aplicasse uma corrente sinusoidal" - uma corrente alternada cujo período é muito regular - "então ela vibraria. E se você fizer vibrar em frequências audíveis e colocá-la perto de seu ouvido, você podia ouvir diferentes notas ou sons saindo dele. "Para o artigo da Nature Materials, Contudo, os pesquisadores mediram as propriedades acústicas da fibra com mais rigor. Como a água conduz o som melhor do que o ar, eles o colocaram em um tanque de água em frente a um transdutor acústico padrão, um dispositivo que pode emitir alternadamente ondas sonoras detectadas pela fibra e detectar ondas sonoras emitidas pela fibra.

Além de microfones vestíveis e sensores biológicos, as aplicações das fibras podem incluir redes soltas que monitoram o fluxo de água no oceano e sistemas de imagens de sonar de grandes áreas com resoluções muito mais altas:um tecido tecido de fibras acústicas forneceria o equivalente a milhões de minúsculos sensores acústicos.

Zheng, um cientista pesquisador no laboratório de Fink, também aponta que o mesmo mecanismo que permite que dispositivos piezoelétricos traduzam eletricidade em movimento pode funcionar ao contrário. “Imagine um fio que pode gerar eletricidade quando esticado, " ele diz.

Em última análise, Contudo, os pesquisadores esperam combinar as propriedades de suas fibras experimentais em uma única fibra. Vibrações fortes, por exemplo, pode variar as propriedades ópticas de uma fibra refletora, permitindo que os tecidos se comuniquem opticamente.

Max Shtein, um professor assistente no departamento de ciência de materiais da Universidade de Michigan, aponta que outros laboratórios construíram fibras piezoelétricas, primeiro puxando um fio de um único material e, em seguida, adicionando outros materiais a ele, da mesma forma que os fabricantes atualmente envolvem plástico isolante em torno do fio de cobre. "Yoel tem a vantagem de ser capaz de extrudar quilômetros dessas coisas de uma só vez, "Shtein diz." É uma técnica muito escalonável. "Mas para aplicações que requerem fios de fibra relativamente curtos, como sensores inseridos em capilares, Shtein disse, "escalabilidade não é tão relevante."

Mas independentemente de a técnica do laboratório Fink provar ou não, em todos os casos, a maneira mais prática de fazer fibras acústicas, "Estou impressionado com a complexidade das estruturas que eles podem fazer, "Shtein diz." Eles são incrivelmente virtuosos nessa técnica. "