Os materiais mecanoluminescentes (ML), que emitem luz quando submetidos a estresse mecânico sem a necessidade de uma fonte de energia externa, são uma grande promessa para tecnologias avançadas, como interfaces controladas por mordida, monitoramento de saúde e detecção precisa de força. No entanto, um desafio com estes materiais é o seu amplo espectro de emissão de luz, que pode diminuir a sensibilidade e introduzir ruído indesejado – prejudicando a sua eficácia em aplicações de detecção.
Enfrentando o desafio com filtragem de cores
Pesquisadores da Coreia do Sul e do Reino Unido, liderados pelo professor Hyosung Choi, da Universidade Hanyang, desenvolveram uma nova abordagem para melhorar a resolução do sensor de ML. Seu trabalho, publicado em Advanced Materials, envolve o revestimento do material ML, sulfeto de zinco dopado com cobre (ZnS:Cu), com um revestimento de polímero especial. Este invólucro, feito de poli(9,9-dioctilfluoreno-alt-benzotiadiazol) (F8BT), atua como um filtro de cor, reduzindo seletivamente as emissões de luz abaixo de 490 nanômetros. Este estreitamento do espectro de luz de 94 nm para 55 nm melhora significativamente a capacidade de distinguir entre diferentes sinais.
Uma nova funcionalidade dupla: compensação de luz
Normalmente, a filtragem de cores reduz a intensidade geral da luz emitida. Porém, neste sistema inovador, a própria emissão de luz do polímero F8BT, desencadeada por pressão mecânica, compensa esta perda. Esta funcionalidade dupla — atuar tanto como filtro quanto como fonte de luz — é uma vantagem importante. Ao filtrar cores indesejadas e ao mesmo tempo manter uma forte emissão de luz azul, o sistema minimiza o ruído espectral e aumenta a resolução em práticos controladores táteis.
Prova de Conceito: Sistema de Rastreamento de Cores
Para demonstrar as capacidades do sistema, os pesquisadores criaram um sistema de rastreamento de cores de prova de conceito usando ZnS:Cu revestido com F8BT. Este sistema distinguiu com precisão entre sinais ML azuis e verdes, mostrando a alta resolução espectral alcançada através de sua estratégia de filtração cromática.
Implicações para aplicações futuras
Esta tecnologia abre possibilidades interessantes para uma variedade de aplicações:
- Sensores vestíveis para ambientes espaciais: Quantificação da atividade da tripulação no espaço, exigindo soluções de monitoramento leves e com baixo consumo de energia.
- Controladores tipo bocal: Permitem a operação da cadeira de rodas por meio de gestos de mastigação, onde movimentos específicos (esquerda, centro, direita) acionam diferentes ações.
- Cuidados de saúde para idosos: Atendendo à crescente necessidade de tecnologias de detecção de estresse sem energia para monitoramento de movimento e robótica assistencial, especialmente à medida que a população envelhece.
“À medida que o envelhecimento da sociedade acelera, haverá uma procura crescente por tecnologias de detecção de stress ecológicas e sem energia, que estejam directamente ligadas aos cuidados de saúde dos idosos”, disse o Prof.
Visão de longo prazo: sensores ecológicos e captação de energia
Além das aplicações imediatas, esta tecnologia tem potencial para avançar sensores e interfaces de coleta de energia que convertem energia mecânica em luz. Isto proporciona uma alternativa ecológica aos dispositivos tradicionais alimentados por bateria, reduzindo significativamente a dependência da bateria e o desperdício eletrónico. A alta pureza de cores e a decodificação óptica confiável permitem longos períodos de operação sem alimentação externa, ativada e lida com câmeras ou fotodiodos, tornando-o ideal para ambientes com restrição de energia, como zonas de desastre, infraestrutura remota, exploração em alto mar e missões espaciais. Nos próximos cinco a dez anos, espera-se que esta inovação conduza a redes de sensores de alta resolução e sem bateria em monitores, wearables e equipamentos de segurança industrial.
