Engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram adesivos eletrônicos que medem a força exercida por um objeto sobre outro. Os adesivos de força são sem fio, funcionam sem baterias e cabem em espaços apertados. Isso os torna versáteis para uma ampla gama de aplicações, desde equipar robôs com sentido de tato até elevar a experiência imersiva de VR e AR, tornar dispositivos biomédicos mais inteligentes, monitorar a segurança de equipamentos industriais e melhorar a precisão e a eficiência do gerenciamento de inventário. em armazéns.
Eles poderiam ser usados, por exemplo, em implantes de joelho para medir as forças que os implantes exercem sobre a articulação. Ter a capacidade de detectar mudanças nessas forças pode ser útil para monitorar o ajuste de um implante, bem como o desgaste. Adesivos de força também poderiam ser colocados no fundo das embalagens do armazém para medir o peso de seu conteúdo, funcionando como balanças em miniatura para verificação de estoque.
“Esses adesivos de força podem tornar a tecnologia mais inteligente, interativa e intuitiva”, disse Dinesh Bharadia, professor de engenharia elétrica e de computação na Escola de Engenharia Jacobs da UC San Diego. “Os humanos, por natureza, possuem uma capacidade inerente de sentir a força. Isso nos permite interagir perfeitamente com o ambiente ao nosso redor e permite que os médicos realizem procedimentos cirúrgicos delicados. Fornecer essa capacidade de detecção de força a dispositivos eletrônicos e implantes médicos pode ser uma virada de jogo para muitas indústrias.”
Uma equipe liderada por Bharadia apresentará os novos adesivos da força na conferência UbiComp 2023, que acontecerá de 8 a 12 de outubro em Cancún, no México. A pesquisa foi publicada no Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies em março.
Os adesivos de força consistem em dois componentes principais. Um deles é um minúsculo capacitor com apenas alguns milímetros de espessura e do tamanho de um grão de arroz. O outro componente é um adesivo de identificação por radiofrequência (RFID), que é um dispositivo que funciona como um código de barras que pode ser lido sem fio por meio de sinais de rádio. Os pesquisadores descobriram uma maneira inteligente de integrar esses dois componentes para que possam medir a força aplicada por um objeto e comunicar essa informação sem fio a um leitor RFID.
O capacitor é feito de uma folha de polímero macio imprensada entre duas tiras condutoras de cobre. Quando uma força externa é aplicada, o polímero se comprime, aproximando as tiras de cobre, aumentando assim a carga elétrica no capacitor.
Esse aumento na carga elétrica como resultado da força aplicada é fundamental, mostram os pesquisadores, porque cria alterações no sinal transmitido pelo adesivo RFID. Um leitor RFID mede remotamente essas mudanças e as traduz em uma magnitude específica de força aplicada. Esta técnica específica de criação de alterações no sinal RFID permite que os componentes do adesivo de força sejam miniaturizados. Em comparação, os métodos anteriores para criar alterações no sinal RFID exigiam componentes mil vezes maiores em tamanho.
Enquanto isso, o adesivo RFID funciona com potência extremamente baixa, transmitindo sinais de rádio por meio de uma técnica chamada retroespalhamento. Ele recebe sinais de rádio de um leitor RFID, modifica os sinais por meio de mudanças elétricas induzidas pelo capacitor e, em seguida, reflete os sinais modificados de volta ao leitor, que os decifra e os traduz em força aplicada.
Como resultado, os adesivos de força funcionam praticamente sem energia. “O design é realmente simples com o mínimo de eletrônica”, disse o primeiro autor do estudo, Agrim Gupta, Ph.D. em engenharia elétrica e de computação. estudante no laboratório de Bharadia.
Outra característica do projeto é que o capacitor pode ser personalizado para várias faixas de força. Ao substituir a camada de polímero por uma mais macia ou mais rígida, o capacitor pode ser adaptado para medir forças menores ou maiores, respectivamente.
Para demonstrar, os pesquisadores construíram e testaram dois tipos de adesivos de força. Em um adesivo, o capacitor foi construído com um polímero supermacio para medir forças menores, tornando-o adequado para uso em experimentos em um modelo de articulação de joelho. Colocado dentro da junta, o adesivo de força mediu com precisão diferentes forças aplicadas conforme os pesquisadores empurravam a junta. O segundo adesivo, no qual o capacitor foi construído com um polímero mais rígido, foi testado em um experimento de embalagem em armazém. Fixado na parte inferior de uma caixa, ele media com precisão o peso de diversas quantidades de objetos colocados na caixa.
Nos testes, os adesivos de força foram extremamente duráveis. Eles resistiram a mais de 10.000 aplicações de força e permaneceram consistentemente precisos. Além disso, eles podem ser fabricados a baixo custo, com cada adesivo custando menos de US$ 2, observaram os pesquisadores.
“Se conseguirmos comercializar esta tecnologia, imaginamos que no futuro uma caixa deles poderá ser vendida a baixo custo, como uma caixa de pensos rápidos”, disse Gupta.
No entanto, vale a pena notar uma limitação: estes adesivos de força requerem um ambiente estático para funcionar de forma eficaz e não funcionam de forma ideal em ambientes altamente dinâmicos. Os pesquisadores estão abordando ativamente essa questão à medida que buscam melhorar ainda mais a tecnologia.
Seguindo em frente, os pesquisadores pretendem tornar os adesivos de força legíveis por smartphones, o que eliminaria a necessidade de leitores RFID.
Traduzido por Mateus Lynniker de TechXplore
