Lauren Taylor, estudante de graduação da Rice University, mostra uma camisa com fio de nanotubo de carbono que fornece monitoramento constante do coração do usuário. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Não há necessidade de vestir smartwatches desconfortáveis ou faixas torácicas para monitorar seu coração se sua camisa confortável pode fazer um trabalho melhor.
Essa é a ideia por trás de uma "roupa inteligente" desenvolvida por um laboratório da Rice University, que empregou seu fio condutor de nanotubo para tecer funcionalidade em roupas regulares.
O laboratório da Brown School of Engineering do engenheiro químico e biomolecular Matteo Pasquali relatado na revista American Chemical Society Nano Letras que costurou fibras de nanotubo em roupas esportivas para monitorar a frequência cardíaca e fazer um eletrocardiograma contínuo (EKG) do usuário.
As fibras são tão condutoras quanto os fios de metal, mas lavável, confortável e muito menos propenso a quebrar quando um corpo está em movimento, de acordo com os pesquisadores.
No todo, a camisa que eles aprimoraram era melhor na coleta de dados do que um monitor de cinta torácica padrão que faz medições ao vivo durante os experimentos. Quando combinado com monitores de eletrodos médicos comerciais, a camisa de nanotubo de carbono deu EKGs ligeiramente melhores.
"A camisa tem que ser justa contra o peito, "disse Lauren Taylor, estudante de pós-graduação da Rice, autor principal do estudo. "Em estudos futuros, vamos nos concentrar no uso de remendos mais densos de fios de nanotubos de carbono para que haja mais área de superfície para entrar em contato com a pele. "
Os pesquisadores observaram que as fibras de nanotubos são macias e flexíveis, e as roupas que os incorporam podem ser lavadas na máquina. As fibras podem ser costuradas à máquina no tecido, assim como a linha padrão. O padrão de costura em zigue-zague permite que o tecido estique sem quebrá-lo.
As fibras forneceram não apenas contato elétrico estável com a pele do usuário, mas também serviram como eletrodos para conectar eletrônicos como transmissores Bluetooth para transmitir dados a um smartphone ou conectar a um monitor Holter que pode ser guardado no bolso do usuário, Disse Taylor.
O laboratório de Pasquali introduziu a fibra de nanotubo de carbono em 2013. Desde então, as fibras, cada um contendo dezenas de bilhões de nanotubos, foram estudados para uso como pontes para reparar corações danificados, como interfaces elétricas com o cérebro, para uso em implantes cocleares, como antenas flexíveis e para aplicações automotivas e aeroespaciais. Seu desenvolvimento também faz parte do Centro de Carbono à base de Arroz, uma iniciativa de pesquisa multiuniversitária liderada por Rice e lançada em 2019.
Fios de nanotubos de carbono tecidos em uma camisa de atletismo na Rice University foram capazes de coletar dados de eletrocardiograma e frequência cardíaca que combinavam com os monitores padrão e batiam os monitores de cinta torácica. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Os filamentos de nanotubos originais, em cerca de 22 mícrons de largura, eram finos demais para serem manuseados por uma máquina de costura. Taylor disse que um fabricante de corda foi usado para criar uma linha costurável, essencialmente três feixes de sete filamentos cada, tecido em um tamanho aproximadamente equivalente a linha regular.
"Trabalhamos com alguém que vende pequenas máquinas projetadas para fazer cordas para modelos de navios, "disse Taylor, que a princípio tentou tecer o fio à mão, com sucesso limitado. "Ele foi capaz de nos fazer um dispositivo de média escala que faz o mesmo."
Ela disse que o padrão em zigue-zague pode ser ajustado para levar em conta o quanto uma camisa ou outro tecido pode esticar. Taylor disse que a equipe está trabalhando com o Dr. Mehdi Razavi e seus colegas do Texas Heart Institute para descobrir como maximizar o contato com a pele.
Lauren Taylor, estudante de graduação da Rice University, costura fios de nanotubo de carbono em uma camisa. As fibras condutoras podem ser usadas para fazer "roupas inteligentes" capazes de monitorar o coração do usuário. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Fibras entrelaçadas em tecido também podem ser usadas para incorporar antenas ou LEDs, de acordo com os pesquisadores. Pequenas modificações na geometria das fibras e componentes eletrônicos associados podem, eventualmente, permitir que as roupas monitorem os sinais vitais, esforço de força ou frequência respiratória.
Taylor observou que outros usos potenciais podem incluir interfaces homem-máquina para automóveis ou robótica leve, ou como antenas, monitores de saúde e proteção balística em uniformes militares. "Demonstramos com um colaborador há alguns anos que as fibras de nanotubos de carbono são melhores na dissipação de energia por peso do que o Kevlar, e isso sem alguns dos ganhos que tivemos desde a resistência à tração, " ela disse.
Um laboratório da Rice University usa um dispositivo personalizado que tece fibras de nanotubos de carbono em fios maiores para costura. Os fios foram então usados para fazer "roupas inteligentes" capazes de monitorar o coração do usuário. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
"Nós vemos que, após duas décadas de desenvolvimento em laboratórios em todo o mundo, este material funciona em mais e mais aplicações, "Pasquali disse." Por causa da combinação de condutividade, bom contato com a pele, biocompatibilidade e suavidade, fios de nanotubos de carbono são um componente natural para vestíveis. "
Ele disse que o mercado de vestimentas, embora relativamente pequeno, pode ser um ponto de entrada para uma nova geração de materiais sustentáveis que podem ser derivados de hidrocarbonetos por meio de divisão direta, um processo que também produz hidrogênio limpo. O desenvolvimento de tais materiais é um foco do Carbon Hub.
"Estamos na mesma situação que as células solares estavam algumas décadas atrás, "Pasquali disse." Precisamos de líderes de aplicativos que possam fornecer uma força para aumentar a produção e aumentar a eficiência. "
