Robôs e humanos

Sensor artificial imita sentido humano do tato

Redação do Site Inovação Tecnológica -  20/11/2018

O sensor foi avaliado com uma série de formas (verdes, no alto), identificando-as corretamente. [Imagem: Kwonsik Shin et al. - 10.1109/TMECH.2018.2870917]

Sensor tátil

Esse sensor tátil artificial imita a capacidade da pele humana de detectar informações de superfície, incluindo formas, padrões e texturas.

Isso é importante para tornar os dispositivos eletrônicos e robôs capazes de perceber sensações como aspereza e maciez.

"Imitar os sentidos humanos é uma das áreas mais populares da engenharia, mas o sentido do tato é notoriamente difícil de replicar," disse Kwonsik Shin, do Instituto de Ciência e Tecnologia Daegu Gyeongbuk, na Coreia do Sul.

Os seres humanos detectam simultaneamente múltiplas características do ambiente, como pressão, temperatura, vibração, tensão e força de cisalhamento. Mas não é só isso: também detectamos parâmetros "psicológicos", como rugosidade, maciez, dureza e dor.

Assim, detectar informações das superfícies é um primeiro passo crucial para replicar as sensações psicológicas do toque e construir dispositivos biomiméticos que as imitem.

 São múltiplos sensores individuais, o que permite calcular distâncias e "comprimento" do deslizamento. [Imagem: Kwonsik Shin et al. - 10.1109/TMECH.2018.2870917]

Sensor piezoelétrico

Para enfrentar esse desafio, Kwonsik Shin desenvolveu um sensor usando materiais piezoelétricos, materiais altamente sensíveis que geram energia elétrica em resposta a uma força que lhes é aplicada - e podem ser forças muito suaves.Com isto, o novo sensor pode detectar sinais através de toque e do deslizamento. Isso imita as duas maneiras pelas quais os humanos percebem as características da superfície: cutucando-a ou passando os dedos sobre ela. 

A maioria dos sensores artificiais usa só um desses métodos.Além disso, como ele é formado por uma matriz de múltiplos receptores, é possível calcular a velocidade de deslizamento usando o intervalo de tempo entre os sinais de dois receptores e a distância entre eles.

No futuro, o sensor poderá ser incorporado em dispositivos eletrônicos, robôs e até celulares, para melhorar sua capacidade de diferenciar toques ou saber se ele está na sua mão ou sobre uma mesa, por exemplo.

Antes disso, porém, o sensor deverá ser capaz de distinguir perfeitamente as formas em 3D, o que ainda não é possível com esta versão.

Bibliografia:

Artificial Tactile Sensor Structure for Surface Topography through Sliding
Kwonsik Shin, Minkyung Sim, Eunmin Choi, Hyunchul Park, Ji-Woong Choi, Yuljae Cho, Jung Inn Sohn, Seung Nam Cha, Jae Eun Jang
Transactions on Mechatronics
DOI: 10.1109/TMECH.2018.2870917

Integração total

Transístor bioeletrônico é integrado em órgãos artificiais vivos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  30/10/2018

O tubistor integra o suporte para crescimento do órgão artificial na mesma estrutura bioeletrônica que monitora as células. [Imagem: Roisin Owens]

Transístor orgânico bioeletrônico

Um transístor eletroquímico tridimensional, montado juntamente com células vivas, permite monitorar essas células continuamente, em tempo real, com vistas a desenvolver novos tratamentos para doenças e reduzir o número de animais usados nas pesquisas científicas.

O dispositivo bioeletrônico orgânico, que incorpora as células dentro de um transístor feito de um material esponjoso, inspirado pela estrutura nativa dos tecidos vivos, permite estudar as células e os tecidos de maneiras inovadoras porque permite que as células cresçam em três dimensões, imitando com mais precisão a maneira como as células crescem no corpo.

Ele pode ser modificado para gerar vários tipos de organoides, mais conhecidos como "órgão em um chip", usados para simular como fármacos e tratamentos afetam o corpo humano. Esses órgãos em um chip são feitos com culturas de células humanas, o que é muito superior aos testes em animais. E, ao contrário das famosas placas de Petri, os pratinhos que vidro que os cientistas usam em culturas celulares, eles são 3D, representando com mais precisão os ambientes tridimensionais nativos das células humanas.

Embora essas culturas 3D venham sendo geradas há vários anos, a tecnologia para avaliar com precisão sua funcionalidade em tempo real ainda não foi bem desenvolvida.

É aí que entra o "tubistor" - um transistor em um tubo - criado na Universidade de Cambridge por Charalampos Pitsalidis e uma equipe da Arábia Saudita, França, Grécia e Reino Unido.

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Tubistor

O tubistor é baseado em uma esponja polimérica eletricamente condutora, configurada para funcionar como um transístor eletroquímico. As células são cultivadas dentro da esponja, que também serve como suporte, e todo o dispositivo é então colocado dentro de um tubo de ensaio, através do qual é possível fornecer os nutrientes necessários para as células sobreviverem.

O transístor orgânico bioeletrônico utiliza um filme semicondutor que fica em contato com o meio biológico, que funciona como eletrólito. Seu potencial elétrico é modulado por um eletrodo também orgânico, acionado por uma tensão muito baixa (de 0,2 a 0,6 volt). A operação do transístor depende da penetração de íons do eletrólito no eletrodo, o que por sua vez altera a condutividade do canal, gerando o sinal de saída.

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Estrutura do transístor bioeletrônico. [Imagem: C. Pitsalidis et al. - 10.1126/sciadv.aat4253]

Órgão em um chip

O uso do eletrodo de esponja macia, em vez dos eletrodos rígidos de metal dos transistores tradicionais, cria um ambiente mais natural para as células e é fundamental para o sucesso da tecnologia de órgãos em chip, permitindo medir intrinsecamente a resposta de um organoide a diferentes estímulos.

Os órgãos em um chip criados até agora precisam ser completamente desmontados para o monitoramento da função das células. Como o tubistor permite um monitoramento contínuo em tempo real é possível realizar experimentos de longo prazo sobre os efeitos de várias doenças e potenciais tratamentos.

"Com este sistema, podemos monitorar o crescimento do tecido e sua saúde em resposta a drogas ou toxinas externas. Além dos testes de toxicologia, também podemos induzir uma doença em particular no tecido e estudar os principais mecanismos envolvidos nessa doença, ou descobrir os tratamentos certos," disse Pitsalidis.

Bibliografia:

Transistor in a tube: A route to three-dimensional bioelectronics
C. Pitsalidis, M. P. Ferro, D. Iandolo, L. Tzounis, S. Inal, R. M. Owens
Science Advances
Vol.: 4, no. 10, eaat4253
DOI: 10.1126/sciadv.aat4253