Um novo sensor têxtil mede com precisão os movimentos do corpo sem a necessidade de componentes eletrônicos. O sensor, que pode ser adicionado à roupa de treino, pode prever em tempo real o quão exausto você fica durante o exercício.
Fonte: ETH Zurique
A exaustão nos torna mais propensos a lesões quando estamos nos exercitando ou realizando tarefas físicas.
Um grupo de pesquisadores da ETH Zurich, liderados pelo professor Carlo Menon, chefe do Laboratório de Tecnologia de Saúde Biomédica e Móvel, desenvolveu um sensor têxtil que produz medições em tempo real de quão exausta uma pessoa fica durante o esforço físico.
Para testar seu novo sensor, eles o integraram em um par de leggings atléticas. Simplesmente olhando para o smartphone, os testadores puderam ver quando estavam atingindo seu limite e se deveriam fazer uma pausa.
Esta invenção, para a qual a ETH Zurich registrou uma patente, pode abrir caminho para uma nova geração de roupas inteligentes: muitos dos produtos atualmente no mercado têm componentes eletrônicos, como sensores, baterias ou chips adaptados a eles. Além de elevar os preços, isso torna esses artigos difíceis de fabricar e manter.
Por outro lado, o sensor elástica dos pesquisadores da ETH pode ser integrado diretamente nas fibras materiais de roupas esportivas ou de trabalho elásticas e de ajuste próximo. Isso torna a produção em larga escala mais fácil e barata.
Menon destaca outro benefício: "Como o sensor está localizado tão perto do corpo, podemos capturar os movimentos do corpo com muita precisão sem que o usuário perceba".
Um fio extraordinário
Quando as pessoas se cansam, elas se movem de maneira diferente – e correr não é exceção: os passos encurtam e se tornam menos regulares. Usando seu novo sensor, que é feito de um tipo especial de fio, os pesquisadores da ETH podem medir esse efeito.
Tudo graças à estrutura do fio: a fibra interna é feita de uma borracha condutora e elástica. Os pesquisadores envolveram um fio rígido, que é revestido por uma fina camada de plástico, em uma espiral em torno dessa fibra interna.
"Essas duas fibras atuam como eletrodos e criam um campo elétrico. Juntos, eles formam um capacitor que pode conter uma carga elétrica", diz Tyler Cuthbert, pós-doutorando no grupo de Menon, que foi fundamental na pesquisa e desenvolvimento que levaram à invenção.
Leggings de corrida inteligentes
Costurar este fio na seção da coxa de um par de leggings de corrida elásticas significa que ele vai esticar e afrouxar em um determinado ritmo à medida que o usuário corre. Cada movimento altera a lacuna entre as duas fibras e, portanto, também o campo elétrico e a carga do capacitor.
Em circunstâncias normais, essas flutuações de carga seriam muito pequenas para ajudar a medir os movimentos do corpo. No entanto, as propriedades deste fio são tudo menos normais.
"Ao contrário da maioria dos outros materiais, o nosso realmente se torna mais espesso quando esticado", diz Cuthbert.
Como resultado, o fio é consideravelmente mais sensível a movimentos mínimos. Esticá-lo mesmo que um pouco produz flutuações nitidamente mensuráveis na carga do sensor. Isso torna possível medir e analisar até mesmo mudanças sutis na forma de execução.
Mas como isso pode ser usado para determinar o nível de exaustão de uma pessoa? Em pesquisas anteriores, Cuthbert e Menon observaram uma série de testadores, que correram enquanto usavam leggings atléticas equipadas com um sensor semelhante. Eles registraram como os sinais elétricos mudavam à medida que os corredores ficavam cada vez mais cansados.
Seu próximo passo foi transformar esse padrão em um modelo capaz de prever a exaustão dos corredores, que agora pode ser usado para seu novo sensor têxtil. Mas garantir que o modelo possa fazer previsões precisas fora do laboratório exigirá muitos testes adicionais e massas de dados de padrão de marcha.
Antena têxtil para transferência de dados sem fio
Para permitir que o sensor têxtil enviasse sinais elétricos sem fio para um smartphone, os pesquisadores o equiparam com uma antena de loop feita de fio condutor, que também foi costurada diretamente nas leggings.
"Juntos, o sensor e a antena formam um circuito elétrico totalmente integrado à peça de roupa", diz Valeria Galli, estudante de doutorado do grupo de Menon.
O sinal elétrico viaja do sensor extensível para a antena, que o transmite em uma determinada frequência capaz de ser lida por um smartphone. O usuário corre e o sensor se move, criando um padrão de sinal com uma frequência continuamente flutuante, que um aplicativo de smartphone grava e avalia em tempo real. Mas os pesquisadores ainda têm um pouco de trabalho de desenvolvimento a fazer para que isso aconteça.
As aplicações incluem desporto e local de trabalho
No momento, os pesquisadores estão trabalhando para transformar seu protótipo em um produto pronto para o mercado. Para este fim, eles estão se candidatando a uma das procuradas Bolsas Pioneiras da ETH Zurich.
"Nosso objetivo é tornar a fabricação de roupas inteligentes econômica e, assim, disponibilizá-las para um público mais amplo", diz Menon.
Ele vê as aplicações potenciais que se estendem além do esporte para o local de trabalho - para evitar lesões relacionadas à exaustão - bem como para a medicina de reabilitação.
Author: Christoph Elhardt
Source: ETH Zurich
Contact:Christoph Elhardt – ETH Zurich
Original Research: Open access.
“Helical Auxetic Yarn Capacitive Strain Sensors with Sensitivity Beyond the Theoretical Limit” by Cuthbert T et al. Advanced Materials