Sensores automontáveis e altamente condutores podem melhorar os dispositivos vestíveis, na robótica. Para avançar a robótica suave, a eletrônica integrada à pele e os dispositivos biomédicos, os pesquisadores da Penn State desenvolveram um material impresso em 3D que é macio e extensível – características necessárias para combinar as propriedades de tecidos e órgãos – e que se auto-monta. Sua abordagem emprega um processo que elimina muitas desvantagens de métodos de fabricação anteriores, como menos condutividade ou falha do dispositivo, disse a equipe. Eles publicaram seus resultados na Advanced Materials.
“As pessoas vêm desenvolvendo condutores macios e esticáveis há quase uma década, mas a condutividade geralmente não é muito alta”, disse o autor correspondente Tao Zhou, professor assistente de ciência da engenharia e mecânica da Penn State e de engenharia biomédica na Faculdade de Engenharia e de ciência e engenharia de materiais na Faculdade de Ciências da Terra e Minerais. “Os pesquisadores perceberam que poderiam atingir alta condutividade com condutores à base de metal líquido, mas a limitação significativa disso é que requer um método secundário para ativar o material antes que ele possa atingir uma alta condutividade.”
Os condutores elásticos à base de metal líquido sofrem com a complexidade inerente e os desafios impostos pelo processo de ativação pós-fabricação, disseram os pesquisadores. Os métodos de ativação secundária incluem alongamento, compressão, atrito de cisalhamento, sinterização mecânica e ativação a laser, todos os quais podem levar a desafios na fabricação e podem causar vazamento do metal líquido, resultando em falha do dispositivo. “Nosso método não requer nenhuma ativação secundária para tornar o material condutor”, disse Zhou, que também tem afiliações com os Institutos Huck de Ciências da Vida e o Instituto de Pesquisa de Materiais.
“O material pode se auto-montar para fazer com que sua superfície inferior seja muito condutora e sua superfície superior auto-isolada.” No novo método, os pesquisadores combinam metal líquido, uma mistura de polímero condutor chamada PEDOT:PSS e poliuretano hidrofílico que permite que o metal líquido se transforme em partículas. Quando o material macio compósito é impresso e aquecido, as partículas de metal líquido em sua superfície inferior se auto-agrupam em um caminho condutor. As partículas na camada superior são expostas a um ambiente rico em oxigênio e oxidam, formando uma camada superior isolada. A camada condutora é fundamental para transmitir informações ao sensor – como registros de atividade muscular e detecção de tensão no corpo – enquanto a camada isolada ajuda a evitar o vazamento de sinal que poderia levar a uma coleta de dados menos precisa.
“Nossa inovação aqui é de materiais”. “Normalmente, quando o metal líquido se mistura com polímeros, eles não são condutores e necessitam de ativação secundária para atingir a condutividade. Mas esses três componentes permitem a automontagem que produz a alta condutividade de material macio e esticável sem um método de ativação secundário.” O material também pode ser impresso em 3D, disse Zhou, facilitando a fabricação de dispositivos vestíveis. Os pesquisadores continuam a explorar potenciais aplicações, com foco em tecnologia assistiva para pessoas com deficiência.