Novas roupas inteligentes podem monitorar sua saúde

Lauren Taylon mostra a camisa com as fibras costuradas da tecnologia de monitoramento

Pesquisadores costuraram uma fibra especial em roupas esportivas para monitorar a frequência cardíaca e fazer um eletrocardiograma (EKG) contínuo do usuário.

As fibras são tão condutoras quanto os fios de metal, mas laváveis, confortáveis ​​e muito menos propensas a se quebrar quando um corpo está em movimento.

No geral, a camisa aprimorada era melhor na coleta de dados do que um monitor de cinta torácica padrão que fazia medições em tempo real durante os experimentos. Quando combinada com monitores de eletrodos médicos comerciais, a camisa de nanotubo de carbono deu EKGs ligeiramente melhores.

O fio de nanotubo de carbono costurado em roupas é flexível e o vestuário pode ser lavado à máquina. (Crédito: Jeff Fitlow / Rice)

“A camisa deve ser ajustada contra o peito”, diz Lauren Taylor, uma estudante de pós-graduação na Rice University e principal autora do estudo em Nano Letters. “Em estudos futuros, vamos nos concentrar no uso de remendos mais densos de fios de nanotubos de carbono para que haja mais área de superfície para entrar em contato com a pele.”

Os pesquisadores observaram que as fibras de nanotubos são macias e flexíveis, e as roupas que as incorporam podem ser lavadas à máquina. As fibras podem ser costuradas à máquina no tecido, assim como a linha padrão. O padrão de costura em zigue-zague permite que o tecido estique sem quebrá-lo.

As fibras fornecem não apenas contato elétrico estável com a pele do usuário, mas também servem como eletrodos para conectar eletrônicos como transmissores Bluetooth para transmitir dados para um smartphone ou conectar a um monitor Holter que pode ser guardado no bolso do usuário, diz Taylor.

Os pesquisadores usaram um dispositivo personalizado que tece fibras de nanotubos de carbono em fios maiores para costura. (Crédito: Jeff Fitlow / Rice)

O laboratório de Matteo Pasquali, professor de engenharia química e biomolecular, de química e de ciência dos materiais e nanoengenharia, introduziu a fibra de nanotubo de carbono em 2013.

Desde então, as fibras, cada uma contendo dezenas de bilhões de nanotubos, têm sido estudadas para uso como pontes para reparar corações danificados, como interfaces elétricas com o cérebro, para uso em implantes cocleares, como antenas flexíveis e para aplicações automotivas e aeroespaciais.

Os filamentos de nanotubos originais, com cerca de 22 mícrons de largura, eram finos demais para serem manuseados por uma máquina de costura. Taylor diz que os pesquisadores usaram um fabricante de cordas para criar um fio costurável, essencialmente três feixes de sete filamentos cada, tecido em um tamanho aproximadamente equivalente ao fio regular.

“Trabalhamos com alguém que vende pequenas máquinas projetadas para fazer cordas para modelos de navios”, diz Taylor, que a princípio tentou tecer o fio à mão, com sucesso limitado. “Ele conseguiu nos tornar um dispositivo de médio porte que faz o mesmo.”

Ela diz que é possível ajustar o padrão de zigue-zague para levar em conta o quanto uma camisa ou outro tecido pode esticar. Taylor diz que a equipe está trabalhando com Mehdi Razavi e seus colegas do Texas Heart Institute para descobrir como maximizar o contato com a pele.

Melhor que KEVLAR?

Fibras entrelaçadas em tecido também podem ser usadas para embutir antenas ou LEDs, segundo os pesquisadores. Pequenas modificações na geometria das fibras e componentes eletrônicos associados podem, eventualmente, permitir que as roupas monitorem os sinais vitais, o esforço de força ou a frequência respiratória.

Taylor observa que outros usos potenciais podem incluir interfaces homem-máquina para automóveis ou robótica leve, ou como antenas, monitores de saúde e proteção balística em uniformes militares.

“Demonstramos com um colaborador há alguns anos que as fibras de nanotubos de carbono são melhores na dissipação de energia por peso do que o Kevlar, e isso sem alguns dos ganhos que tivemos desde então em resistência à tração”, diz ela.

“Vemos que, após duas décadas de desenvolvimento em laboratórios de todo o mundo, esse material funciona em cada vez mais aplicações”, diz Pasquali. “Por causa da combinação de condutividade, bom contato com a pele, biocompatibilidade e maciez, os fios de nanotubos de carbono são um componente natural para vestíveis.”

O mercado de vestíveis, embora relativamente pequeno, pode ser um ponto de entrada para uma nova geração de materiais sustentáveis ​​que podem ser derivados de hidrocarbonetos via divisão direta, um processo que também produz hidrogênio limpo, diz Pasquali.

“Estamos na mesma situação que as células solares estavam algumas décadas atrás”, diz Pasquali. “Precisamos de líderes de aplicativos que possam fornecer uma força para aumentar a produção e aumentar a eficiência.”

Outros co-autores são da Universidade da Pensilvânia e de Rice. A Força Aérea dos EUA, a American Heart Association, a Fundação Robert A. Welch, o Departamento de Energia, o Departamento de Defesa e uma bolsa de estudos Riki Kobayashi do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular do arroz financiaram o trabalho.

O vídeo em inglês abaixo sobre a pesquisa:

Fonte: Rice University

Estudo Original DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01039