Dispositivos vesta­veis e implanta¡veis ​​são usados ​​atualmente para uma variedade de funções, incluindo rastreamento e monitoramento de saúde. No entanto, o fornecimento de energia geralmente requer baterias pesadas e tempo de inatividade devido a  recarga. Agora, uma equipe internacional de pesquisadores sugere que avanços em materiais e design eletra´nico podem ser capazes de converter energia biomeca¢nica em energia elanãtrica, abrindo caminho para dispositivos que podem ser usados ​​e implantados, mas não requerem recarga constante, de acordo com Larry Cheng, Dorothy Professor de Desenvolvimento de Carreira Quiggle no Departamento de Ciências da Engenharia e Meca¢nica e afiliado do Instituto de Ciências Computacionais e de Dados.

"Nesta análise especa­fica, estamos analisando o possí­vel fornecimento de energia sem a necessidade de baterias e outros componentes, por isso éde particular interesse criar esses coletores de energia para dispositivos com alimentação própria ou aqueles que também podem ser usados ​​para carregar uma bateria ", disse Cheng.

Cheng disse que a equipe revisou o campo de duas perspectivas: a criação de dispositivos que podem coletar energia e o desenvolvimento de sensores que podem alimentar a si pra³prios. Ele disse que um coletor de energia pode criar energia para alimentar outros dispositivos, enquanto os sensores autoalimentados podem fornecer sua própria energia para funcionar como dispositivos auta´nomos. Cheng acrescentou que, em alguns casos, o movimento que gera a energia para o sensor também pode ser os dados que o sensor estãotentando coletar.

"Ele pode servir como um sensor diretamente porque pode coletar energia, portanto, pode fornecer a capacidade de monitorar o movimento - por exemplo, o batimento carda­aco - ou o que quer que o sensor seja aplicado, e então pode transmitir essa informação do ambiente, ou do corpo, para que possa ser analisado ", disse Cheng.

Esses sensores podem levar a cuidados de saúde mais precisos e oportunidades de saúde remotas, de acordo com os pesquisadores, que relataram suas descobertas em um artigo de revisão na Biosensors and Bioelectronics , atualmente online.

Os pesquisadores disseram que os materiais piezoelanãtricos ela¡sticos - que são substâncias sãolidas que podem acumular cargas elanãtricas - são essenciais para esse desenvolvimento. Como os tecidos humanos são macios e mudam constantemente de forma, os materiais precisam ser flexa­veis e esticados conforme esses tecidos se flexionam e se movem.

"Esses dispositivos podem incluir vesta­veis nasuperfÍcie da pele ", disse Cheng. "Para esses tipos de dispositivos, podemos capturar informações dasuperfÍcie da pele na forma de fluxo sangua­neo, batimento carda­aco, frequência respirata³ria e movimentos semelhantes que criam vibrações."

 

Com novos materiais, o movimento de flexa£o dos maºsculos em movimento, que normalmente são um obsta¡culo para dispositivos vesta­veis frequentemente ra­gidos, poderia realmente ajudar a criar a energia que seria então capturada e usada como força por esses biossensores.

No entanto, de acordo com os pesquisadores, os biossensores podem não apenas ser relegados a superfÍcie da pele, mas um dia ser implantados no corpo. De acordo com Cheng, os avanços no design e desenvolvimento de materiais na última década ajudaram os pesquisadores a desenvolver materiais piezoelanãtricos que são flexa­veis e robustos o suficiente para resistir ao ambiente dentro do corpo, mas são tão sensa­veis e eficientes que podem capturar e converter minutos movimentos, como batimentos carda­acos e respiração.

"Essa éa coisa incra­vel sobre esses dispositivos, as pessoas pensam que esses tipos de movimento são ma­nimos e não pensam em coletar essa energia", disse Cheng. “Foi nas últimas duas décadas que as pessoas começam a ver a possibilidade de gerar sinais bastante grandes a partir desses movimentos atravanãs dos circuitos de alta eficiência e também de usar o circuito retificador de alta eficiência, que consumiria muita energia se não foi projetado corretamente. "

A equipe também estãode olho na criação de sensores que podem desempenhar uma função dupla - eles podem coletar energia dos pra³prios processos corporais que foram projetados para monitorar. Por exemplo, um sensor pode coletar energia dos batimentos carda­acos e também transferir as informações sobre o coração para médicos que estãomonitorando a condição cardiovascular de um paciente.

Como os recursos computacionais são necessa¡rios para criar modelos precisos para alcana§ar esses dispositivos de alto desempenho, Cheng espera que sistemas computacionais avana§ados, como os fornecidos pelo ICDS-ACI, sejam necessa¡rios para trabalhos futuros.

Yabin Liao, professor assistente de engenharia, tecnologia de engenharia meca¢nica da Penn State, acrescentou que analisar as abordagens anteriores para projetar coletores de energia extensa­veis e sensores com alimentação própria pode ajudar os pesquisadores a enfrentar os desafios de design dos dias atuais.

"Modelos precisos fornecem uma plataforma útil para análise anala­tica e numanãrica dos comportamentos do sistema e permitem a otimização do projeto dos parametros do sistema", disse Liao. “Resumimos o princa­pio de funcionamento e os modelos representativos de sensores piezoelanãtricos flexa­veis e coletores de energia e discutimos suas caracteri­sticas únicas em comparação com os dispositivos convencionais. Tambanãm fornecemos uma perspectiva importante sobre a conexão entre esses e os modelos convencionais, permitindo uma compreensão mais profunda de seu comportamento noníveldo sistema. "