O processo permite incorporar dispositivos eletrónicos e as respetivas ligações elétricas na estrutura interna de fibras contínuas, de acordo com a equipa liderada pelos investigadores Wang Gang e Zhu Meifang. O estudo foi publicado na revista Nature Electronics, com o título “Programmable spinning of integrated circuit fibres”.
O desenvolvimento procura responder à necessidade de adaptar os sistemas eletrónicos às formas complexas e aos movimentos dinâmicos dos robôs. Para isso, o método recorre a um sistema baseado em microfluídica de precisão para converter os esquemas dos circuitos em instruções que orientam a introdução e a disposição dos diferentes materiais durante a formação das fibras. Através do controlo das propriedades dos fluidos e da alimentação de diferentes soluções, os investigadores conseguem organizar materiais condutores, isolantes, luminescentes e semicondutores em camadas funcionais ao longo da secção transversal e do comprimento da fibra.
Esta abordagem permite formar simultaneamente as camadas de materiais, os dispositivos eletrónicos e as ligações entre componentes durante a produção. Segundo os investigadores, a técnica possibilita construir circuitos personalizáveis numa única fibra, ultrapassando limitações associadas à utilização pouco eficiente das fibras e à instabilidade das ligações elétricas.
Com este método, a equipa desenvolveu fibras eletroluminescentes para emissão de luz, fibras com resistências e condensadores para processamento analógico de sinais, fibras com transístores eletroquímicos orgânicos para operações lógicas digitais e fibras para deteção e controlo sem contacto através de campos elétricos quase estáticos.
Aplicações em robótica e têxteis inteligentes
Para testar a tecnologia, os investigadores integraram uma fibra de deteção espacial na garra de um braço robótico. As alterações no acoplamento do campo elétrico provocadas pela aproximação ou pelo movimento de um objeto permitiram calcular a sua posição e orientar o braço robótico para acompanhar automaticamente o alvo.
Noutra experiência, a equipa utilizou uma interface interativa flexível, constituída por fibras e um sistema de suporte, para controlar sem contacto um braço robótico e um drone através dos movimentos dos dedos. De acordo com o estudo, as fibras podem ser «tecidas, cosidas e transformadas em têxteis, sendo capazes de resistir a deformações e lavagens repetidas».
A investigação estabelece assim um processo de produção que integra a organização espacial dos materiais funcionais, a construção dos dispositivos e as ligações dos circuitos numa única fibra. Entre as áreas de aplicação identificadas pelos autores estão os wearables, a interação ser humano-máquina flexível, a robótica flexível e os sistemas de inteligência incorporada.
