Robótica

Pele eletrônica artificial terá uso em robôs e humanos

Pele eletrônica artificial terá uso em robôs e humanos
Os cientistas conseguiram dar uma elevada flexibilidade aos materiais inorgânicos, muito eficientes, mas geralmente quebradiços. [Imagem: Takei et al./Nature Materials]

Pele eletrônica

Pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley, nos Estados Unidos, sintetizaram um novo material eletrônico sensível à pressão a partir de nanofios semicondutores.

A conquista abre caminho para o desenvolvimento de um novo tipo de pele artificial para uso em robôs e, no futuro, também em humanos.

"A ideia é fazer com que o material tenha funcionalidades semelhantes à da pele humana, o que implica incorporar a capacidade de tocar e de sentir objetos", disse Ali Javey, coordenador da pesquisa.

O material, batizado de e-skin (pele eletrônica) por seus criadores, é o primeiro feito de semicondutores inorgânicos cristalinos.

Pele artificial robótica

Uma pele artificial sensível ao toque ajudará a superar um grande desafio na robótica: controlar a quantidade de força necessária para segurar e manipular uma ampla gama de objetos.

"Os humanos sabem como segurar um ovo totalmente frágil sem quebrá-lo. Se quisermos que um robô faça isso, ou lave as louças, por exemplo, precisamos ter certeza de que ele não quebrará as taças de vinho no processo. Mas também queremos que o mesmo robô seja capaz de segurar com firmeza uma chaleira sem derrubá-la", disse Javey.

Um objetivo mais distante é usar a pele eletrônica para restaurar o sentido do tato em pacientes que precisam de membros protéticos. Mas essas novas próteses ainda exigirão avanços importantes na integração dos sensores eletrônicos com o sistema nervoso humano.

Em 2008, a mesma equipe havia criado o primeiro chip sensorial, integrando sensores e circuitos eletrônicos em uma mesma plataforma.

Pele eletrônica inorgânica

Tentativas anteriores de desenvolver pele artificial se basearam em materiais orgânicos, por serem flexíveis e de processamento relativamente simples.

"O problema é que os materiais orgânicos são semicondutores ruins, o que significa que dispositivos eletrônicos feitos com eles precisarão frequentemente de altas tensões para que seus circuitos funcionem", disse Javey.

Já os materiais inorgânicos, como o silício cristalino, têm propriedades elétricas excelentes, podem operar com baixa potência e são quimicamente estáveis. "Mas, historicamente, esses materiais têm-se mostrado sem flexibilidade e fáceis de quebrar," disse Javey.

"Nesse aspecto, trabalhos de vários grupos de pesquisa, inclusive o nosso, têm mostrado recentemente que fitas ou fios minúsculos de materiais inorgânicos podem se tornar altamente flexíveis, isto é, ideais para eletrônicos flexíveis e sensores," afirma o pesquisador.

Pele eletrônica artificial terá uso em robôs e humanos
Os transistores foram integrados sob uma borracha sensível à pressão, de modo a se inserir a funcionalidade sensorial. [Imagem: Takei et al./Nature Materials]

Como é feita a pele eletrônica

Para fabricar a pele eletrônica, inicialmente os cientistas cultivaram nanofios de germânio e silício, com espessura nanométrica (bilionésimos de metro), em um tambor cilíndrico. Em seguida, o tambor foi rolado em um substrato pegajoso.

O substrato usado foi um filme polimérico de poliimida, mas os pesquisadores afirmam que a técnica pode funcionar com diversos materiais, incluindo outros plásticos, papel ou vidro.

À medida que o tambor rolava, os nanofios eram depositados no substrato de maneira ordenada, formando a base a partir da qual folhas finas e flexíveis de materiais eletrônicos podem ser construídas.

Os pesquisadores imprimiram os nanofios em matrizes quadradas com 18 por 19 pixels, medindo 7 centímetros de cada lado. Cada pixel contém um transistor feito de centenas de nanofios semicondutores. Os transistores foram integrados sob uma borracha sensível à pressão, de modo a se inserir a funcionalidade sensorial.

A matriz precisou de menos de 5 volts de eletricidade para funcionar e manteve seu rendimento após ter sido submetida em testes a mais de 2 mil ciclos de dobras.

Segundo os pesquisadores, a pele eletrônica foi capaz de detectar pressões de 0 a 15 quilopascals, uma faixa comparável à força usada para atividades diárias, como digitar em um teclado de computador ou segurar um objeto.

Bibliografia:

Nanowire active-matrix circuitry for low-voltage macroscale artificial skin
Kuniharu Takei, Toshitake Takahashi, Johnny C. Ho, Hyunhyub Ko, Andrew G. Gillies, Paul W. Leu, Ronald S. Fearing, Ali Javey
Nature Materials
12 September 2010
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat2835




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