Quando vocêpega um bala£o, a pressão para segura¡-lo édiferente da pressão que vocêexerceria para segurar um pote. E agora os engenheiros do MIT e de outros lugares tem uma maneira de medir e mapear com precisão essas sutilezas de destreza ta¡til.

A equipe desenvolveu uma nova luvasensívelao toque que pode “sentir” a pressão e outros esta­mulos ta¡teis. A parte interna da luva érosqueada com um sistema de sensores que detecta, mede e mapeia pequenasmudanças na pressão na luva. Os sensores individuais são altamente sintonizados e podem captar vibrações muito fracas na pele, como o pulso de uma pessoa. 

Quando os sujeitos usaram a luva enquanto pegavam um bala£o em vez de um banãquer, os sensores geravam mapas de pressão específicos para cada tarefa. Segurar um bala£o produzia um sinal de pressão relativamente uniforme em toda a palma da ma£o, enquanto segurar um copo criava uma pressão mais forte nas pontas dos dedos.

Os pesquisadores dizem que a luva ta¡til pode ajudar a retreinar a função motora e a coordenação em pessoas que sofreram um derrame ou outra condição motora fina. A luva também pode ser adaptada para aumentar a realidade virtual e as experiências de jogo. A equipe prevaª a integração dos sensores de pressão não apenas em luvas ta¡teis, mas também em adesivos flexa­veis para rastrear pulso, pressão sanguínea e outros sinais vitais com mais precisão do que rela³gios inteligentes e outros monitores vesta­veis.

“A simplicidade e confiabilidade de nossa estrutura de detecção éuma grande promessa para uma diversidade de aplicações de saúde, como detecção de pulso e recuperação da capacidade sensorial em pacientes com disfunção ta¡til”, disse Nicholas Fang, professor de engenharia meca¢nica do MIT.

Fang e seus colaboradores detalham seus resultados em um estudo publicado hoje na Nature Communications . Os coautores do estudo incluem Huifeng Du e Liu Wang do MIT, junto com o grupo do professor Chuanfei Guo na Universidade do Sul de Ciência e Tecnologia (SUSTech) na China.

Os sensores de pressão da luva são semelhantes, em princa­pio, aos sensores que medem a umidade. Esses sensores, encontrados em sistemas HVAC, geladeiras e estações meteorola³gicas, são projetados como pequenos capacitores, com dois eletrodos, ou placas de metal, imprensando um material “dielanãtrico” de borracha que transporta cargas elanãtricas entre os dois eletrodos.

Em condições aºmidas, a camada dielanãtrica atua como uma esponja para absorver os a­ons carregados da umidade circundante. Essa adição de a­ons altera a capacita¢ncia, ou quantidade de carga entre os eletrodos, de uma forma que pode ser quantificada e convertida em uma medição de umidade.

Nos últimos anos, os pesquisadores adaptaram essa estrutura de sandua­che capacitiva para o projeto de sensores de pressão finos e flexa­veis. A ideia ésemelhante: quando um sensor écomprimido, o equila­brio das cargas em sua camada dielanãtrica muda, de uma forma que pode ser medida e convertida em pressão. Mas a camada dielanãtrica na maioria dos sensores de pressão érelativamente volumosa, limitando sua sensibilidade.

Para seus novos sensores ta¡teis, a equipe do MIT e SUSTech eliminou a camada dielanãtrica convencional em favor de um ingrediente surpreendente: o suor humano. Como o suor contanãm naturalmente a­ons como sãodio e cloreto, eles raciocinaram que esses a­ons poderiam servir como substitutos dielanãtricos. Em vez de uma estrutura em sandua­che, eles imaginaram dois eletrodos finos e planos, colocados na pele para formar um circuito com uma certa capacita¢ncia. Se a pressão fosse aplicada a um eletrodo “sensor”, os a­ons da umidade natural da pele se acumulariam na parte inferior e mudariam a capacita¢ncia entre os dois eletrodos em uma quantidade que eles pudessem medir.

Eles descobriram que podiam aumentar a sensibilidade do eletrodo de detecção cobrindo sua parte inferior com uma floresta de fios de cabelo minaºsculos, flexa­veis e condutores. Cada cabelo serviria como uma extensão microsca³pica do eletrodo principal, de modo que, se a pressão fosse aplicada a, digamos, um canto do eletrodo, os cabelos nessa regia£o especa­fica se dobrariam em resposta e acumulariam a­ons da pele, o grau e sua localização poderia ser medida e mapeada com precisão.

Em seu novo estudo, a equipe fabricou eletrodos sensores finos do tamanho de um kernel revestidos com milhares de filamentos microsca³picos de ouro, ou "micropilares". Eles demonstraram que podiam medir com precisão o grau em que grupos de micropilares se curvavam em resposta a várias forças e pressaµes. Quando eles colocaram um eletrodo sensor e um eletrodo de controle na ponta do dedo de um volunta¡rio, eles descobriram que a estrutura era altamente sensa­vel. Os sensores foram capazes de captar fases sutis no pulso da pessoa, como diferentes picos no mesmo ciclo. Eles também podiam manter leituras precisas de pulso, mesmo quando a pessoa que usava os sensores acenava com as ma£os enquanto caminhavam pela sala.

“Pulso éuma vibração meca¢nica que também pode causar deformação da pele, que não podemos sentir, mas os pilares podem pegar”, diz Fang.

Os pesquisadores então aplicaram os conceitos de seu novo sensor de pressão micropillared ao projeto de uma luva ta¡til altamente sensa­vel. Eles começam com uma luva de seda, que a equipe comprou na prateleira. Para fazer sensores de pressão, eles cortam pequenos quadrados de tecido de carbono, um tecido que écomposto de muitos filamentos finos semelhantes a micropilares.

Eles transformaram cada quadrado de tecido em um eletrodo sensor, borrifando-o com ouro, um metal naturalmente condutor. Eles então colaram os eletrodos de tecido em várias partes do revestimento interno da luva, incluindo as pontas dos dedos e palmas das ma£os, e enfiaram fibras condutoras por toda a luva para conectar cada eletrodo ao pulso da luva, onde os pesquisadores colaram um eletrodo de controle.

Va¡rios voluntários se revezaram usando a luva ta¡til e realizando várias tarefas, incluindo segurar um bala£o e segurar um copo de vidro. A equipe coletou leituras de cada sensor para criar um mapa de pressão na luva durante cada tarefa. Os mapas revelaram padraµes distintos e detalhados de pressão gerados durante cada tarefa.

A equipe planeja usar a luva para identificar padraµes de pressão para outras tarefas, como escrever com uma caneta e manusear outros objetos domanãsticos. Em última análise, eles imaginam que essas ajudas ta¡teis poderiam ajudar os pacientes com disfunção motora a calibrar e fortalecer a destreza e a preensão das ma£os.

“Algumas habilidades motoras finas exigem não apenas saber como manusear objetos, mas também quanta força deve ser exercida”, diz Fang. “Esta luva pode nos fornecer medições mais precisas da força de preensão para grupos de controle em comparação com pacientes em recuperação de derrame ou outras condições neurolégicas. Isso pode aumentar nossa compreensão e permitir o controle. ”

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pelo Centro Conjunto de Pesquisa e Educação em Engenharia Meca¢nica do MIT e SUSTech.