Tecnologia também é particularmente promissora para aplicações em saúde, em especial para pacientes com condições crônicas que exigem monitoramento contínuo
E se sua roupa pudesse gerar eletricidade a partir do calor que seu corpo produz naturalmente e isso ser usado para carregar seu celular? Parece ficção científica, mas a realidade é que este conceito futurista está se aproximando da realidade graças aos pesquisadores da Universidade de Tecnologia Chalmers na Suécia e da Universidade Linköping, segundo informações do site especializado StudyFinds.
De acordo com um artigo publicado recentemente na revista científica Advanced Science, a nova e notável tecnologia têxtil converte o calor do corpo em eletricidade por meio de efeitos termoelétricos, potencialmente alimentando dispositivos vestíveis a partir de suas roupas. A inovação centra-se em um polímero recém-desenvolvido chamado poli (benzodifurandiona), ou PBFDO, que serve como um revestimento para fios de seda comuns.
“Os polímeros que usamos são dobráveis, leves e fáceis de usar tanto na forma líquida quanto sólida. Eles também não são tóxicos”, diz a primeira autora do estudo Mariavittoria Craighero, uma estudante de doutorado no Departamento de Química e Engenharia Química da Chalmers, em comunicado.
Ao contrário de tentativas anteriores de criar têxteis termoelétricos, esta descoberta aborda uma barreira crítica que há muito tempo dificulta o progresso: a falta de polímeros do tipo “n” (negativos) estáveis no ar. Esses materiais são caracterizados por sua capacidade de mover cargas negativas e são contrapartes essenciais dos polímeros do tipo “p” (positivos) mais comuns na criação de dispositivos termoelétricos eficientes.
“Encontramos a peça que faltava no quebra-cabeça para fazer um fio ideal – um tipo de polímero que tinha sido descoberto recentemente. Ele tem estabilidade de desempenho excelente em contato com o ar, enquanto ao mesmo tempo tem uma capacidade muito boa de conduzir eletricidade. Ao usar polímeros, não precisamos de metais de terras raras, que são comuns em eletrônicos”, explica Craighero.
Como funcionam os têxteis termoelétricos
Os geradores termoelétricos funcionam convertendo diferenças de temperatura em energia elétrica. Quando um lado de um material termoelétrico está mais quente que o outro, os elétrons se movem do lado quente para o lado frio, gerando uma corrente elétrica. O corpo humano gera calor continuamente, criando gradientes naturais de temperatura entre a pele e o ambiente ao redor.
Para uma geração termoelétrica eficiente, os materiais do tipo p (positivo) e do tipo n (negativo) devem trabalhar juntos. Embora os materiais do tipo p tenham sido bem estabelecidos em pesquisas anteriores, criar materiais estáveis do tipo n tem sido um desafio persistente. A maioria dos materiais orgânicos do tipo n se degrada rapidamente quando expostos ao oxigênio do ar, muitas vezes se tornando ineficazes em poucos dias.
O que torna esse desenvolvimento particularmente emocionante é a notável estabilidade da seda revestida com PBFDO. Ao contrário de materiais semelhantes que se degradam em poucos dias quando expostos ao ar, esses novos fios termoelétricos mantêm seu desempenho por mais de 14 meses em condições normais sem nenhum revestimento protetor. Os pesquisadores projetam uma meia-vida de 3,2 anos para esses materiais – uma conquista sem precedentes para esse tipo de condutor orgânico.
Além do desempenho elétrico, as propriedades mecânicas da seda revestida com PBFDO são igualmente impressionantes. O fio revestido pode esticar até 14% antes de quebrar e, mais importante para o uso diário, pode suportar lavagem à máquina.
“Após sete lavagens, o fio manteve dois terços de suas propriedades condutoras. Este é um resultado muito bom, embora precise ser melhorado significativamente antes de se tornar comercialmente interessante”, afirma Craighero.
O material também demonstra notável resiliência à temperatura. Durante os testes, os pesquisadores descobriram que o PBFDO permanece flexível mesmo quando resfriado com nitrogênio líquido a temperaturas extremamente baixas. Esta estabilidade mecânica excepcional permite que o material suporte várias condições ambientais e tensões físicas que seriam encontradas no uso no mundo real.
Roupas que carregam?
Para mostrar o potencial da tecnologia, a equipe de pesquisa criou dois dispositivos têxteis termoelétricos diferentes: um botão termoelétrico e um gerador têxtil maior com múltiplas pernas termoelétricas.
O botão termoelétrico demonstrou uma saída de cerca de 6 milivolts a uma diferença de temperatura de 30 graus Celsius. Enquanto isso, o gerador têxtil maior atingiu uma tensão de circuito aberto de 17 milivolts a uma diferença de temperatura de 70 graus Celsius.
Com um conversor de voltagem, isso poderia ajudar a alimentar dispositivos de energia ultrabaixa, como certos tipos de sensores. No entanto, a saída de energia atual — 0,67 microWatts a uma diferença de temperatura de 70 graus — está muito abaixo do que seria necessário para o carregamento USB de eletrônicos padrão.
Embora essas saídas de energia marquem um grande avanço em têxteis termoelétricos, é importante observar que as diferenças de temperatura usadas em testes de laboratório — até 70 graus Celsius — são significativamente maiores do que o que normalmente seria experimentado em roupas do dia a dia. Isso significa que o desempenho no mundo real pode ser menor do que os resultados de laboratório.
Uso em saúde
Apesar das limitações atuais, a tecnologia mostra-se particularmente promissora para aplicações em saúde. Pequenos sensores que monitoram sinais vitais como frequência cardíaca, temperatura corporal ou padrões de movimento podem potencialmente operar usando essa tecnologia, eliminando a necessidade de trocas ou recargas de bateria.
Para pacientes com condições crônicas que exigem monitoramento contínuo, sensores autoalimentados incorporados em roupas podem fornecer dados valiosos sem o incômodo de gerenciar a vida útil da bateria. Da mesma forma, os entusiastas do fitness podem se beneficiar de wearables que nunca precisam ser carregados, rastreando perfeitamente as métricas de desempenho durante as atividades.
Além do monitoramento da saúde, a tecnologia pode eventualmente oferecer suporte a outras funções de baixo consumo de energia em roupas inteligentes, como detecção ambiental, rastreamento de localização ou indicadores LED simples. À medida que a eficiência da conversão de energia melhora, os aplicativos podem se expandir para incluir mais recursos que consomem muita energia.
Atualmente, o processo de produção é demorado e não é adequado para fabricação comercial, com o tecido demonstrado exigindo quatro dias de bordado manual para ser produzido.
“Agora mostramos que é possível produzir materiais orgânicos condutores que podem atender às funções e propriedades que esses tecidos exigem. Este é um importante passo à frente. Existem oportunidades fantásticas em tecidos termoelétricos e esta pesquisa pode ser de grande benefício para a sociedade”, diz Christian Müller, professor do Departamento de Química e Engenharia Química da Universidade de Tecnoligia Chalmers e líder de pesquisa do estudo.
Está claro que há um caminho viável em direção a têxteis termoelétricos práticos que podem funcionar de forma confiável em condições cotidianas. Para adoção generalizada, os pesquisadores precisarão desenvolver métodos de produção automatizados que possam revestir e montar eficientemente os têxteis termoelétricos em escala. Além disso, melhorar a produção de energia enquanto mantém a estabilidade continua sendo uma meta crítica para pesquisas futuras.
Por: Agência O Globo
