Dispositivo vestível pode produzir eletricidade a partir do suor humano

Dispositivos eletrónicos vestíveis e biossensores são ótimas ferramentas para monitorização de saúde, mas tem sido difícil encontrar fontes de energia convenientes para estes. 

Um grupo de cientistas do Japão desenvolveu e testou com sucesso uma matriz de células de biocombustível vestível que gera energia elétrica a partir do lactato no suor do utilizador, abrindo portas para a monitorização eletrónica da saúde, alimentada por fluidos corporais.

Os biossensores vestíveis, que são dispositivos minúsculos, devem ser usados ​​diretamente na pele para medir biossinais específicos e, ao enviar medições sem fios para smartphones ou computadores, monitorizar a saúde do utilizador.

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

Baterias 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 de segurança.

Porém, e se fôssemos nós as fontes de energia dos dispositivos vestíveis?

Uma equipa de cientistas liderada pelo professor Isao Shitanda, da Universidade de Ciência de Tóquio, está a explorar formas eficientes de usar o suor como única fonte de energia para aparelhos eletrónicos vestíveis.

Num estudo publicado em março na revista científica Journal of Power Sources, os investigadores apresentam um design inovador para uma matriz de células de biocombustíveis que usa uma substância química no suor, o lactato, para gerar energia suficiente para acionar um biossensor e dispositivos de comunicação sem fios durante um curto período de tempo.

O lactato é um importante biomarcador que reflete a intensidade do exercício físico em tempo real, o que é relevante no treino de atletas e pacientes em reabilitação.

A nova matriz de biocombustíveis assemelha-se a um penso que pode ser usado, por exemplo, no braço ou antebraço. Consiste num 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 uma delas, as reações eletroquímicas entre o lactato e uma enzima presente nos elétrodos 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 há algumas diferenças importantes que fazem com que este novo design se destaque.

Primeiro, todo o dispositivo pode ser fabricado através de impressão em tela, uma técnica geralmente adequada para produção em massa com custo reduzido.

Outra vantagem é a forma como o lactato é entregue às células. Camadas de papel são usadas para recolher o suor e transportá-lo para todas as células simultaneamente através do efeito capilar – o mesmo efeito pelo qual a água passa rapidamente ao entrar em contacto com um guardanapo.

Essas vantagens fazem com que os arranjos de células de biocombustível exibam uma capacidade sem precedentes de fornecer energia aos circuitos eletrónicos.

“Nas experiências, as 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, este poder é significativamente maior do que o das células de biocombustível de lactato relatadas anteriormente”, disse Shitanda, em comunicado.

Para demonstrar a sua aplicabilidade para biossensores vestíveis e dispositivos eletrónicos, a equipa fabricou um biossensor de lactato autopropulsado que poderia não só alimentar-se 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.

“Conseguimos usar um medidor de atividade disponível comercialmente por 1,5 horas com uma gota de suor artificial e as nossas células de biocombustível”, continuou Shitanda. “Esperamos que consigam alimentar todos os tipos de dispositivos, como relógios inteligentes e outros dispositivos portáteis comuns”.