Peles eletrônicas impressas a partir de um arquivo de imagem. Será?

“Electronic skin”, o que traduzindo seria uma pele eletrônica, são bioeletrônicos vestíveis que se parecem, de alguma forma, com a pele humana e são capazes de integrar a pele a outros eletrônicos, de forma imperceptível pra quem está vestindo. Uma das características mais importantes desses eletrônicos é que eles sejam elásticos (estiquem) e também macios, assim como a pele humana. Desse jeito, fica mais fáceis de vestir, ou de adaptar na própria pele para diversas aplicações. A capacidade de esticar faz com que eles se integrem às curvas e aos movimentos do corpo.

Pensando nisso, um grupo de cientistas (leia o artigo original aqui) imprimiu uma matriz transistora elástica, utilizando uma impressora jato de tinta (aquelas que a gente tem em casa) pra imprimir, um arquivo digital (tipo uma imagem em .JPEG) e uma solução de polímeros condutores de eletricidade, o PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylene-dioxythiophene)-poly( styrenesulfonate)) e o PVDF-HFP (poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, e nanotubos de carbonos como tinta. Tudo isso solubilizado em água ou tolueno. Oi? Não entendeu nada? Então vamos lá!

Primeiramente, o que é um transistor? É um dispositivo, feito de material semi-condutor (condutor de eletricidade), que serve pra amplificar (aumentar) ou trocar sinais eletrônicos. Ele é necessário em todos os dispositivos eletrônicos que utilizamos hoje.

E esse papo de nanotubos de carbono? Nanotubos de carbono são um material formado por grafeno (uma das formas cristalinas do carbono/material muuuito fino) enrolado como se fosse uma folha de papel, só que com a espessura de apenas um átomo de carbono.

Mas ninguém nunca fez um transistor elástico? Até fizeram, mas essa galera foi a primeira a fazer um transistor inteiro, completo, usando essa técnica de impressão (jato de tinta). Nos estudos semelhantes, apenas uma ou poucas camadas foram feitas por impressão.

Várias técnicas podem ser utilizadas pra imprimir os transistores, como “spin coating” (revestimento por rotação), fotolitografia, “shadow mask” (máscara de sombra), e evaporação. O problema dessas técnicas é a produção apenas de áreas pequenas e também o uso de processos muito complicados. Uma das grandes vantagens de usar essas impressoras é que é um método simples, barato e escalável (fácil de aumentar a produção pra grandes quantidades).

Cada transistor que eles imprimiram tinha 2 mm² de área superficial, o que é tipo o tamanho de uma formiga inteira. Os transistores foram estáveis em condições ambientes, apresentaram boa mobilidade (até 30 cm²V^–1s^-1) e foram capazes de operar em ultra-baixa voltagem, o que significa que eles podem ser utilizados em conjunto com baterias pequenas ou “energy haverting” (colheita de energia – energia capturada de fontes externas, como a solar).

Transistor elástico impresso (imagem adaptada do artigo)

Os transistores produzidos foram capazes de manter o contato elétrico mesmo sob tensão mecânica, com alta estabilidade térmica e alta mobilidade, esticando 20 – 30 %, o que seria o suficiente para usar na pele humana. Sucesso! Eles apresentaram excelente performance elétrica em condições ambientes. O objetivo do grupo agora é melhorar ainda mais a resistência deles quando esticados.

No futuro, eles podem ser usados como sensores pra monitorar sinais fisiológicos como pressão arterial, temperatura, níveis de metabólitos no sague, etc. Outra possível aplicação seria aumentar a sensibilidade de robôs.  Também dá pra usar “electronic skins” para a interação homem/robôs. Nesse vídeo é possível ver o uso de um desses dispositivos para mover um braço eletrônico (https://www.youtube.com/watch?v=NCOwWEMEQN8 – o método de fabricação utilizado nesse vídeo é diferente do descrito nesse post).

*Curiosidade: esses transistores foram capazes de imitar/mimetizar o comportamento sináptico dos neurônios (o que deixa eles ainda mais interessantes como interface cérebro-máquina, em eletrônicos vestíveis), com migração de íons pra interface dielétrica e transmissão de sinais de baixa voltagem (-80 mV por 20 ms, produzindo uma corrente de ~50 nA) seguido de rápido relaxamento (300ms) e volta pro estágio de equilíbrio inicial.

• Quem quiser ver o esquema completo, com todas as etapas de produção do transistor, pode consultar o artigo.