Um grupo de pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley, nos Estados Unidos, conseguiu produzir um material eletrônico sensível à pressão a partir de nanofios semicondutores. A conquista abre caminho para o desenvolvimento de um novo tipo de pele artificial.
“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, professor de engenharia elétrica e de ciência da computação e líder do estudo, cujos resultados foram publicados neste domingo (12/9) na revista Nature Materials. O material, denominado de e-skin (“pele eletrônica”) por seus criadores, é o primeiro feito de semicondutores inorgânicos cristalinos.
Produzir uma pele artificial sensível ao toque ajudaria a vencer 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 frágil ovo 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 e-skin para restaurar o sentido do tato em pacientes que precisam de membros protéticos. Essas novas próteses exigiriam avanços importantes na integração de sensores eletrônicos com o sistema nervoso humano.
Tentativas anteriores de desenvolver pele artificial se basearam em materiais orgânicos, por serem flexíveis e de processamento relativamente simples.
“Mas o problema é que os materiais orgânicos não constituem bons semicondutores, o que implica que dispositivos eletrônicos feitos com eles precisarão frequentemente de altas voltagens para que seus circuitos funcionem”, disse Javey.
Segundo ele, materiais inorgânicos como o silício, por outro lado, têm propriedades elétricas excelentes e podem operar com pouca energia. Também são quimicamente estáveis. “Mas, historicamente, esses materiais têm sido inflexíveis e fáceis de quebrar”, disse.
“Nesse aspecto, trabalhos de vários grupos de pesquisa, inclusive o nosso, têm mostrado recentemente que fitas ou fios minúsculos de materiais inorgânicos podem ser feitos para que sejam altamente flexíveis, isto é, ideais para eletrônicos e sensores de alta performance”, afirmou.
O grupo californiano utilizou uma nova técnica de fabricação. Inicialmente, os cientistas implantaram fios 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, mas os pesquisadores dizem que a técnica funciona com diversos materiais, como 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 continha um transistor feito de centenas de nanofios semicondutores. Os transistores foram integrados sob uma borracha sensível a 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 autores do estudo, a e-skin foi capaz de detectar pressões de 0 a 15 quilopascals, uma variação comparável com a força usada para atividades diárias como digitar em um teclado de computador ou segurar um objeto.
O artigo
Nanowire active-matrix circuitry for low-voltage macroscale artificial skin (doi: 10.1038/nmat2835), de Ali Javey e outros, pode ser lido por assinantes da
Nature Materials em
www.nature.com/naturematerials.
