A equipa de investigação de Stefan Seelecke, na Universidade do Sarre, está a utilizar filmes finos de silicone para conferir novas funcionalidades às superfícies. A tecnologia, que pode criar a sensação de um "botão" ou "deslize" em ecrãs planos de vidro, está literalmente a acrescentar uma nova dimensão às interações com os ecrãs tácteis. O filme de polímero pode mudar de forma à vontade para criar a sensação de um botão ou tecla em relevo na superfície do ecrã, que o utilizador pode depois utilizar, por exemplo, para navegar numa página ou introduzir dados. "Graças a esta tecnologia, podemos tornar as interfaces de utilizador dos smartphones, ecrãs de informação e dispositivos domésticos mais fáceis de utilizar", explica o professor Stefan Seelecke, que dirige o Laboratório de Sistemas de Materiais Inteligentes da Universidade do Sarre. Se o utilizador sentir uma pulsação ou vibração sob os dedos, pode responder tocando no ecrã. E como o utilizador também sente a ligeira resistência que sentimos ao pressionar um botão ou interruptor "real", sabe que a sua resposta foi bem-sucedida. Para as pessoas cegas e com deficiência visual, este tipo de feedback físico não é um mero artifício; ele tem um enorme valor nas suas vidas diárias.
Se estes filmes de alta tecnologia forem utilizados para revestir roupas, também podem funcionar como uma interface táctil homem-máquina. Um exemplo deste tipo de aplicação seria revestir completamente o interior da luva de um operador de linha de montagem com o filme de polímero altamente flexível e elástico, utilizando-o como sensor para que um sistema de computador possa rastrear os movimentos da mão e dos dedos do operador. "A nossa tecnologia permite-nos tornar o sistema mais inteligente, introduzindo um sensor complexo numa luva que o operador já utilizaria", afirma Seelecke. E como os filmes têm apenas cerca de 50 mícrons de espessura (1 mícron = um milésimo de milímetro), comparável ao filme plástico doméstico, não interferem com o trabalho do operador. Se este tipo de luva interativa for utilizado num ambiente da Indústria 4.0, o sistema poderá reconhecer qual a ação que o utilizador da luva está a tentar realizar.
“O operador poderia, por exemplo, controlar um processo através do movimento da mão. Ao trabalhar com equipamentos complexos em instalações industriais, o sistema poderia ajudar a evitar erros potencialmente dispendiosos, enviando um sinal tátil, como um toque, pulso ou vibração, para a mão ou para os dedos do operador”, explicou Stefan Seelecke, que lidera grupos de investigação na Universidade do Sarre e no Centro de Tecnologia de Mecatrónica e Automação (ZeMA).
Os filmes de silicone especialmente preparados são sistemas de materiais inteligentes que podem ser alimentados simplesmente pela aplicação de uma corrente elétrica. Uma camada altamente flexível e eletricamente condutora é impressa em cada lado do filme de silicone ultrafino para criar o que é conhecido como um “elastómero dielétrico”. Quando é aplicada uma voltagem ao elastómero, os dois elétrodos atraem-se, comprimindo o polímero e fazendo com que este se expanda lateralmente, aumentando a sua área superficial, o que, por sua vez, altera a capacitância elétrica do filme”, explica Paul Motzki, investigador da equipa de Seelecke.
Quando o operador dobra um dedo enquanto usa a luva, o filme estica como uma segunda pele, e esta distorção provoca uma alteração na capacitância. Os investigadores conseguem atribuir com precisão um valor de capacitância a cada posição do filme à medida que este se distorce. Assim, um valor de capacitância específico representa essencialmente uma posição particular do dedo do operador, e uma sequência de valores de capacitância representa o caminho que o dedo percorre quando se desloca. O filme é, portanto, um sensor extensível que pode funcionar como órgão sensorial em aplicações de engenharia. A luva pode perceber como a mão se move, e o ecrã tátil inteligente pode detetar se o utilizador pressionou um botão virtual.
Combinando dados de medição e algoritmos inteligentes, a equipa desenvolveu uma unidade de controlo capaz de prever e programar sequências de movimento, controlando com precisão a deformação do filme elastomérico. “Aproveitamos as propriedades destes elastómeros dielétricos para conceber sistemas de acionamento”, explica Sophie Nalbach, engenheira que lidera o Grupo de Polímeros Eletroativos, parte do Laboratório de Sistemas de Materiais Inteligentes do Professor Seelecke. Alterando o campo elétrico aplicado, os investigadores conseguem fazer o filme pulsar, assumir uma forma desejada, oscilar ou flexionar a uma frequência específica. Quando combinado com o sistema de polímero eletroativo, uma luva industrial pode interagir com o utilizador, ou um ecrã pode interagir com ele. “Se colocarmos o fino ecrã de vidro de um tablet sobre a película de polímero, este pode realizar um movimento de flexão muito rápido sob a ponta do dedo do utilizador, dando a impressão de que o seu dedo está assente sobre um botão ou tecla”, explica Nalbach.
Atualmente, a equipa trabalha em diversos projetos de investigação com o objetivo de interligar estes sistemas de acionamento baseados em filmes, para que possam comunicar e cooperar coletivamente. Para alcançar este objetivo, os investigadores terão de adicionar novas funcionalidades às superfícies e interfaces, o que, por sua vez, exige uma maior miniaturização da tecnologia.
As folhas de elastómero dielétrico são leves, flexíveis, silenciosas, energeticamente eficientes e têm um custo de fabrico acessível. O trabalho desenvolvido pelo grupo de Seelecke é uma investigação orientada para aplicações práticas. No entanto, a equipa pretende desenvolver este e outros sistemas de materiais inteligentes para aplicações comerciais e industriais, e por isso foi fundada a empresa derivada "mateligent GmbH".
