O suor pode alimentar relógios inteligentes e rastreadores de atividade no futuro – pesquisadores desenvolvem novas tecnologias

Dispositivos eletrônicos vestíveis são ótimas ferramentas para monitoramento de saúde, mas tem sido difícil encontrar fontes de energia convenientes para eles.

Agora, um grupo de cientistas desenvolveu e testou com sucesso uma matriz de células de biocombustível vestível que gera energia elétrica a partir do lactato no suor do usuário, abrindo portas para o monitoramento eletrônico da saúde alimentado por nada além de fluidos corporais.

Não se pode negar que, nas últimas décadas, a miniaturização dos dispositivos eletrônicos avançou muito.

Hoje, depois dos smartphones de bolso que poderiam envergonhar os computadores desktop antigos e uma infinidade de opções de conectividade sem fio, existe um tipo específico de dispositivo cujo desenvolvimento tem avançado continuamente: biossensores vestíveis.

Esses minúsculos dispositivos geralmente devem ser usados ​​diretamente sobre a pele para medir biossinais específicos e, ao enviar medições sem fio para smartphones ou computadores, monitorar a saúde do usuário.

Embora os cientistas de materiais tenham desenvolvido muitos tipos de circuitos flexíveis e eletrodos para dispositivos vestíveis, tem sido um desafio encontrar uma fonte de energia apropriada para biossensores vestíveis.

Baterias tipo botão tradicionais, como as usadas em relógios de pulso e calculadoras de bolso, são muito grossas e volumosas, enquanto baterias mais finas representariam problemas de capacidade e até mesmo de segurança. Mas e se fôssemos as fontes de energia dos dispositivos vestíveis?

Uma equipe de cientistas liderada pelo professor associado Isao Shitanda, da Universidade de Ciências de Tóquio, no Japão, está explorando maneiras eficientes de usar o suor como única fonte de energia para aparelhos eletrônicos vestíveis.

Em seu estudo mais recente, publicado no Journal of Power Sources , eles apresentam um novo design para uma matriz de células de biocombustíveis que usa uma substância química do suor, o lactato, para gerar energia suficiente para acionar um biossensor e dispositivos de comunicação sem fio por um curto período de tempo.

Sua nova matriz de biocombustíveis se parece com uma bandagem de papel que pode ser usada, por exemplo, no braço ou antebraço. Consiste essencialmente em um substrato de papel repelente de água sobre o qual várias células de biocombustível são dispostas em série e em paralelo; o número de células depende da tensão de saída e da potência necessária.

Em cada célula, as reações eletroquímicas entre o lactato e uma enzima presente nos eletrodos produzem uma corrente elétrica, que flui para um coletor de corrente geral feito de uma pasta de carbono condutora.

Esta não é a primeira célula de biocombustível à base de lactato, mas algumas diferenças importantes fazem com que este novo design se destaque das células de biocombustível à base de lactato existentes.

Um é o fato de que todo o dispositivo pode ser fabricado por meio de impressão em tela, uma técnica geralmente adequada para produção em massa com custo reduzido. Isso foi possível por meio da seleção cuidadosa de materiais e de um layout engenhoso.

Por exemplo, enquanto células anteriores semelhantes usavam fios de prata como caminhos condutores, as atuais células de biocombustível empregam tinta de carbono porosa. Outra vantagem é a forma como o lactato é entregue às células.

Camadas de papel são usadas para coletar o suor e transportá-lo para todas as células simultaneamente por meio do efeito capilar – o mesmo efeito pelo qual a água passa rapidamente por um guardanapo ao entrar em contato com uma poça d’água.

Essas vantagens fazem com que os arranjos de células de biocombustível exibam uma capacidade sem precedentes de fornecer energia para circuitos eletrônicos, como observa o Dr. Shitanda: “Em nossos experimentos, nossas células de biocombustível baseadas em papel poderiam gerar uma tensão de 3,66 V e uma potência de saída de 4,3 mW. Até onde sabemos, esse poder é significativamente maior do que o das células de biocombustível de lactato relatadas anteriormente. ”

Para demonstrar sua aplicabilidade para biossensores vestíveis e dispositivos eletrônicos em geral, a equipe fabricou um biossensor de lactato autopropulsado que poderia não apenas se alimentar usando lactato e medir a concentração de lactato no suor, mas também comunicar os valores medidos em tempo real para um smartphone através de um dispositivo Bluetooth de baixa potência.

Conforme explicado em estudo anterior também liderado pelo Dr. Shitanda, o lactato é um importante biomarcador que reflete a intensidade do exercício físico em tempo real, o que é relevante no treinamento de atletas e pacientes em reabilitação.

No entanto, os arranjos de células de biocombustíveis propostos podem alimentar não apenas biossensores de lactato vestíveis, mas também outros tipos de eletrônicos vestíveis. “Conseguimos dirigir um medidor de atividade comercialmente disponível por 1,5 horas usando uma gota de suor artificial e nossas células de biocombustível”, explica o Dr. Shitanda, “e esperamos que eles sejam capazes de alimentar todos os tipos de dispositivos, como relógios inteligentes e outros dispositivos portáteis comuns. ”

Esperançosamente, com novos desenvolvimentos em células de biocombustível vestíveis, alimentar eletrônicos portáteis e biossensores não será problema.