Pesquisadores criam luva sensorial capaz de identificar estímulos táteis

Quando seguramos um balão, a pressão que nossas mãos fazem para segurá-lo é diferente da pressão necessária para segurar um pote de vidro. Quando acariciamos um animal de estimação, a sensação do toque é totalmente diferente de quando passamos a mão numa parede de tijolo. Engenheiros do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) e parceiros de outras instituições descobriram uma maneira de medir e mapear com precisão essas sutilezas do tato.

A equipe projetou uma nova luva sensorial que pode “sentir” a pressão e outros estímulos táteis. A parte interna do objeto é equipada com um sistema de sensores que detecta, mede e mapeia pequenas mudanças na pressão na luva. Os sensores individuais são altamente sintonizados e podem captar vibrações muito sutis na pele, como a pulsação, por exemplo.

Nos testes, a luva foi usada para segurar um balão e um copo, por exemplo. Os sensores geravam mapas de pressão específicos para cada tarefa. Segurar um balão produzia um sinal de pressão relativamente uniforme em toda a palma da mão, enquanto segurar um copo criava uma pressão mais forte nas pontas dos dedos.

De acordo com os pesquisadores, a luva sensorial pode ajudar a restabelecer a atividade motora e a coordenação em pessoas que sofreram um derrame ou outro comprometimento das funções motoras. 

Eles afirmam que a luva também pode ser adaptada para aumentar a realidade virtual e as experiências de jogo. A equipe prevê a integração dos sensores de pressão não apenas em luvas táteis, mas também em adesivos flexíveis para rastrear pulso, pressão sanguínea e outros sinais vitais com mais precisão do que relógios inteligentes e outros monitores vestíveis.

“A simplicidade e confiabilidade de nossa estrutura de detecção é uma grande promessa para uma diversidade de aplicações de saúde, como detecção de pulso e recuperação da capacidade sensorial em pacientes com disfunção tátil”, garante Nicholas Fang, professor de engenharia mecânica do MIT.

Fang e seus colaboradores detalham seus resultados em um estudo publicado nesta quinta-feira (5), na Nature Communications. Na coautoria do estudo estão Huifeng Du e Liu Wang, do MIT, além de um liderado pelo professor Chuanfei Guo, da Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul (SUSTech), na China.

Como foi feita a luva sensorial 

De acordo com o site Techxplore, os sensores de pressão da luva sensorial são semelhantes aos sensores que medem umidade, normalmente encontrados em sistemas HVAC, geladeiras e estações meteorológicas. Eles são projetados como pequenos capacitores, com dois eletrodos, ou placas de metal, ensanduichando um material “dielétrico” de borracha que transporta cargas elétricas entre os dois eletrodos.

Em condições úmidas, a camada dielétrica atua como uma esponja para absorver os íons carregados da umidade circundante. Essa adição de íons altera a capacitância, ou quantidade de carga entre os eletrodos, de uma forma que pode ser quantificada e convertida em uma medição de umidade.

No caso das luvas sensoriais, os pesquisadores adaptaram essa estrutura capacitiva para uso como sensores de pressão finos e flexíveis. A ideia é semelhante: quando um sensor é comprimido, o equilíbrio das cargas em sua camada dielétrica muda, de uma forma que pode ser medida e convertida em pressão. Mas a camada dielétrica, na maioria dos sensores de pressão, é relativamente volumosa, limitando sua sensibilidade.

Então, as equipes do MIT e do SUSTech eliminaram a camada dielétrica convencional, utilizando um ingrediente surpreendente: o suor humano. Como o suor contém naturalmente íons de sódio e cloro, eles raciocinaram que esses íons poderiam servir como substitutos dielétricos. 

Em vez de uma estrutura em sanduíche, eles imaginaram dois eletrodos finos e planos colocados na pele para formar um circuito com uma certa capacitância. Se a pressão fosse aplicada a um eletrodo “sensor”, os íons da umidade natural da pele se acumulariam na parte inferior e mudariam a capacitância entre os dois eletrodos em uma quantidade que eles pudessem medir.

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Eles descobriram que podiam aumentar a sensibilidade do eletrodo cobrindo sua parte inferior com uma “floresta” de fios minúsculos, flexíveis e condutores. Cada um serviria como uma extensão microscópica do eletrodo principal, de modo que, se a pressão fosse aplicada a um canto do eletrodo, os fios nessa região específica se dobrariam em resposta e acumulariam íons da pele, e sua localização poderia ser medida e mapeada com precisão.

Nesse estudo, a equipe fabricou eletrodos sensores bem finos, revestidos com milhares de filamentos microscópicos de ouro, ou “micropilares”. Eles demonstraram capacidade de medir com precisão o grau em que grupos de micropilares se curvavam em resposta a várias forças e pressões. 

Quando colocaram um eletrodo sensor e um eletrodo de controle na ponta do dedo de um voluntário, eles descobriram que a estrutura era altamente sensível. Os sensores foram capazes de captar fases sutis na pulsação da pessoa, como diferentes picos no mesmo ciclo.

Eles também podiam manter leituras precisas da pulsação, mesmo quando a pessoa que usava os sensores acenava com as mãos enquanto caminhavam pela sala. “A pulsação é uma vibração mecânica que também pode causar deformação da pele, que não podemos sentir, mas os pilares podem pegar”, diz Fang.

Os pesquisadores então aplicaram os conceitos de seu novo sensor de pressão ao projeto de uma luva tátil altamente sensível. Eles começaram com uma luva de seda. Para fazer sensores de pressão, os pesquisadores cortam pequenos quadrados de tecido de carbono, um tecido que é composto de muitos filamentos finos semelhantes aos micropilares.

Eles transformaram cada quadrado de tecido em um eletrodo sensor, borrifando-o com ouro, um metal naturalmente condutor. Então, colaram os eletrodos de tecido em várias partes do revestimento interno da luva sensorial, incluindo as pontas dos dedos e palmas das mãos, e inseriram fibras condutoras em todo o objeto para conectar cada eletrodo ao pulso da luva, onde os pesquisadores colaram um eletrodo de controle.

Vários voluntários se revezaram usando a luva tátil e realizando tarefas diversas, como segurar um balão ou um copo de vidro. A equipe coletou leituras de cada sensor para criar um mapa de pressão na luva durante cada tarefa. Os mapas revelaram padrões distintos e detalhados de pressão gerados durante cada missão.

A equipe planeja usar a luva para identificar padrões de pressão para outras funções, como escrever com uma caneta e manusear outros objetos domésticos. Em última análise, eles imaginam que esses apoios táteis poderiam ajudar os pacientes com disfunção motora a calibrar e fortalecer a destreza e a preensão das mãos.

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