Há muito burburinho em torno da eletrônica vestível atualmente - o Google, por exemplo, está se expandindo para os negócios de óculos, enquanto outras empresas estão lutando por sua fatia do mercado com clipes e relógios de alta tecnologia que acompanham o que você come e como se movimenta. .
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Mas nenhum deles é remotamente parecido com o que John Rogers, o vencedor do prêmio 2013 Smithsonian American Ingenuity em ciências físicas, está desenvolvendo. Seu dispositivo, você vê, é projetado não apenas para caber como uma luva, mas também talvez um dia salvar a vida do usuário.
O cientista de materiais, junto com sua equipe de estudantes da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, testou com sucesso o que é melhor descrito como uma meia para o coração. O dispositivo, instalado sobre toda a área da superfície do coração, é composto por uma série de sensores para monitorar, com incrível precisão, o funcionamento interno desse órgão mais vital. Se detectar uma anormalidade perturbadora, pode transmitir dados a profissionais médicos; em uma emergência, como durante um ataque cardíaco, pode até intervir administrando um pulso induzido por eletrodo.
Normalmente, o coração bombeia de uma maneira tão eficiente que dificilmente notamos que está funcionando. Mas para aqueles com condições de ritmo cardíaco, as contrações cardíacas fora de sincronia podem ser debilitantes - causando tontura, fraqueza, vômitos e dor no peito, para aqueles com arritmia - ou, em alguns casos, mortais. Com o tempo, as irregularidades rítmicas podem causar coágulos sanguíneos (que às vezes levam a derrames) e, em casos extremos, parada cardíaca.
Os médicos geralmente podem prescrever medicamentos para corrigir esses tipos de problemas. Mas, em alguns casos, os pacientes precisam recorrer a intervenções cirúrgicas, como marca-passos ou implantes de desfibrilação. E enquanto esses dispositivos funcionam o suficiente, o mecanismo que eles usam para regular os batimentos cardíacos de uma pessoa é na verdade bem cru. Com implantes de desfibrilação, um par de eletrodos é posicionado dentro da câmara do coração. Sempre que uma arritmia com risco de vida é detectada, o desfibrilador envia um choque elétrico que atordoa o coração de volta a um ritmo normal. O problema com essa abordagem, diz Rogers, é que a atividade de outra região do coração pode, por engano, desencadear uma sacudida dolorosa quando realmente não há necessidade.
O dispositivo de Rogers envolve o coração em um sistema sensorial muito mais sofisticado que pode identificar exatamente onde ocorre uma irregularidade rítmica. De certo modo, funciona como as terminações nervosas de uma pele secundária.
"O que nós queríamos era aproveitar todo o potencial da tecnologia de circuitos", diz Rogers sobre o dispositivo, que está dois anos e meio em construção. "Com muitos eletrodos, o dispositivo pode acelerar e estimular de uma maneira mais direcionada. . Fornecer calor ou pulsos a locais específicos, e fazê-lo em doses mensuráveis suficientes, é importante porque aplicar mais do que o necessário não é apenas doloroso, mas pode danificar o coração. "
Este diagrama passo-a-passo ilustra como o dispositivo cardíaco foi criado. (Universidade de Illinois e Universidade de Washington) Além do seu potencial como um implante cardíaco de emergência, a elasticidade do coração permite uma série de outros sensores eletrônicos e não eletrônicos que podem monitorar os níveis de cálcio, potássio e sódio - considerados indicadores-chave da saúde do coração. A membrana também pode ser programada para rastrear mudanças na pressão mecânica, temperatura e níveis de pH (acidez), os quais poderiam ajudar a sinalizar um ataque cardíaco iminente.
Para fabricar a bainha protótipo, os pesquisadores primeiro digitalizaram e imprimiram em 3D um modelo de plástico do coração de um coelho. Eles então organizaram uma teia de 68 minúsculos sensores eletrônicos sobre o molde, cobrindo-o com uma camada de material de borracha de silicone aprovado pela FDA. Depois do set de borracha, os assistentes de laboratório de Rogers removeram o polímero preparado sob medida.
Para testar a membrana, os pesquisadores a envolveram em torno de um coração de coelho real, ligado a uma bomba mecânica. A equipe projetou o dispositivo para ser um pouquinho menor do que o órgão real para dar um ajuste suave e semelhante a uma luva.
"A coisa complicada aqui", diz Rogers, "é que a membrana precisa ser dimensionada de modo que possa criar pressão suficiente para manter os eletrodos em contato suficiente com a superfície. Pressionar com muita força fará com que o coração responda um caminho negativo ".
"Ele precisa se encaixar corretamente", acrescenta ele.
Como Michael McAlpine, engenheiro mecânico da Universidade de Princeton que não esteve envolvido na pesquisa, disse ao cientista : " O que é novo e impressionante aqui é que eles integraram várias funcionalidades diferentes em uma membrana que cobre toda a superfície do coração". Essa disseminação de sensores fornece um alto nível de resolução espacial para monitoramento cardíaco e oferece mais controle quando se trata de estimulação ".
Então, o que será necessário para essa inovação ir de laboratório para paciente? Rogers estima pelo menos mais uma década de desenvolvimento antes que algo possa estar pronto para o mercado médico. Enquanto isso, ele planeja continuar colaborando com o engenheiro biomédico da Universidade de Washington, Igor Efimov, para refinar a prova de conceito em uma tecnologia prática, segura e confiável.
Um dos principais obstáculos é descobrir como alimentar a membrana sem baterias convencionais. Atualmente, Rogers e sua equipe estão explorando algumas alternativas, como o carregamento por ultrassom, um método no qual a energia é transmitida sem fio através da pele, bem como o uso de materiais piezoelétricos que captam energia do ambiente circundante. Para este último, há algum precedente para o sucesso. Dois anos atrás, engenheiros da Universidade de Michigan aproveitaram esses materiais para desenvolver um marca-passo alimentado apenas pelos batimentos cardíacos do usuário.
"Como estamos tentando incorporar muito mais sensores, além de fornecer impulsos elétricos e calor, vai levar mais energia do que a quantidade gerada pelos marcapassos convencionais", diz Rogers. "No futuro, esperamos melhorar a eficiência."
Outro elemento crucial é a maneira de enviar dados para um dispositivo externo para que os pacientes e especialistas possam acessá-los. Neste momento, os sensores registram coisas como mudanças de temperatura e pH, entre outros padrões, mas os cientistas ainda não descobriram uma maneira de fornecer esses dados sem fio.
"A comunicação Bluetooth é de baixa potência, então estamos olhando para isso", diz Efimov. “Basicamente, o dispositivo exigirá mais componentes e precisaremos de especialistas em outras áreas, como eletrônica, telemetria e software. Então, em última análise, vamos ter que levantar capital de risco e iniciar uma empresa ".
Agora, o foco é fazer a manga funcionar como um dispositivo prático; não há como dizer quanto custará produzir, ou quanto custará aos consumidores quando chegar ao mercado.
A grande questão, no entanto, é se a meia de coração funcionará com segurança e eficácia in vivo, ou em cobaias reais. Marcapassos normalmente duram 10 anos. Então, para ser prático, a invenção de Rogers também teria que demonstrar que pode ficar operacional por pelo menos tanto tempo. A equipe está se preparando para dar o próximo passo com um piloto que testará a membrana dentro de um coelho vivo, um teste que eles esperam concluir com o financiamento do National Institutes of Health, junto com outras doações que estão trabalhando para garantir. Se tudo correr bem, o próximo teste sobre se o gadget está pronto para ser usado será em humanos.
