Um novo material desenvolvido por pesquisadores da Faculdade de Ciências Aplicadas e Engenharia da Universidade de Toronto combina a flexibilidade da pele humana com melhor condutividade e tolerância a temperaturas tão baixas quanto -93 ° C.
Conhecida como pele iônica, ou iSkin, a substância pode aprimorar uma ampla gama de tecnologias - de eletrônicos vestíveis a robótica suave. A substância, que pertence a uma família de materiais chamados hidrogéis.
“Hidrogéis são polímeros reticulados que são capazes de reter muita água dentro de suas estruturas químicas”, diz Binbin Ying, que agora está concluindo o pós-doutorado no MIT, mas liderou o design do material enquanto fazia seus estudos de graduação na Universidade McGill e simultaneamente trabalhando como aluno visitante de doutorado no laboratório do professor de engenharia da U of T, Xinyu Liu.
“Muitos dos tecidos em nossos próprios corpos são hidrogéis, então eles são frequentemente usados em aplicações onde a biocompatibilidade é importante, como cosméticos ou engenharia de tecidos. Mas se quisermos usá-los em eletrônicos macios, flexíveis ou vestíveis, precisamos adicionar novas funcionalidades, como elasticidade mecânica e condutividade elétrica. ”
No ano passado, Ying e Liu revelaram uma iteração anterior do iSkin que mostrou algumas de suas capacidades: é autoalimentado, não tóxico e pode esticar até 400 por cento de seu tamanho original.
Mais importante, dobrar o material cria uma mudança proporcional em sua condutividade. Isso permite que ele converta o movimento físico em um sinal elétrico análogo.
“Um fisioterapeuta pode colocá-lo em seu joelho ou cotovelo para medir quando e quanto sua articulação está se movendo”, diz Liu. “Também o cobrimos com uma luva, o que nos permite medir e rastrear os movimentos das mãos, que, por sua vez, podem ser usados para controlar um robô. É uma forma muito versátil de facilitar todos os tipos de interação homem-máquina. ”
Com contribuições dos alunos de graduação Ryan Chen, Runze Zuo e do candidato ao doutorado Zhanfeng Zhou, os pesquisadores estão explorando outras aplicações do iSkin. Por exemplo, adicionar remendos do material a uma garra mecânica fornece um conjunto de sinais de feedback que é exclusivo para cada item que está sendo agarrado. Analisar as combinações de sinais pode permitir que o robô “sinta” o que está captando. Em combinação com algoritmos de inteligência artificial, o robô pode até aprender a discriminar entre itens que são duros e macios, redondos e cúbicos, etc. - e classificá-los apropriadamente.
Até agora, o iSkin sofria de uma desvantagem comum a todos os hidrogéis: quando a água dentro dele congela, os cristais de gelo resultantes podem causar sérios danos à matriz polimérica complexa. O ar frio e seco também pode sugar a água líquida restante do hidrogel.
Ying e os membros de sua equipe resolveram o problema adicionando glicerol, um produto químico atóxico comumente usado em tudo, desde alimentos até gel de cabelo. Depois de testar cuidadosamente centenas de receitas possíveis, eles desenvolveram uma nova formulação iSkin que aumenta a tolerância ao frio sem sacrificar as outras propriedades úteis do material.
Como um bônus adicional, a nova formulação permite que o hidrogel adira ainda mais facilmente à pele, roupas e outros materiais.
“Colocamos na parte externa de uma jaqueta e saímos para o inverno de Toronto, onde estava 10 graus abaixo de zero”, disse Ying. “Pudemos fazer os mesmos tipos de medições que fizemos no laboratório.”
A tolerância ao frio e a viscosidade aprimorada aumentam ainda mais a lista de possíveis aplicações para o material. Por exemplo, a pinça mecânica de classificação agora pode operar em um depósito de baixa temperatura, onde seria desconfortável para um ser humano trabalhar.
A equipe também prevê outras possibilidades, incluindo soft robôs projetado para escalar terrenos acidentados em ambientes árticos. No futuro, eles planejam continuar a desenvolver o material e potencialmente miniaturizá-lo.