Energia
Tecido Inteligente Converte Calor em Eletricidade
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Imagine roupas que monitoram sua temperatura, rastreiam sua atividade ou mantêm você aquecido por conta própria, sem precisar de uma fonte de energia externa.
Bem, tudo isso e muito mais está se tornando rapidamente uma realidade graças a toda a pesquisa e desenvolvimento que acontecem na interseção entre tecnologia e vestuário.
O avanço tecnológico tem transformado nossas vidas ao tornar nossos telefones e eletrodomésticos mais inteligentes. Agora, até nossas roupas estão se tornando inteligentes, desbloqueando possibilidades que pavimentam o caminho para um futuro empolgante e mais sustentável.
O mercado global de têxteis inteligentes já está avaliado em $4.1bln e is projected to rise to $24.5 bln by 2032. Interestingly, energy harvesting currently accounts for the largest share of this market, according to Markets and Markets.
A captação de energia converte energia ambiente em energia elétrica para alimentar dispositivos eletrônicos autônomos. Essa energia pode ser captada de várias fontes, incluindo mecânicas e térmicas. Para criar têxteis que captam energia, materiais ativos são geralmente adicionados à superfície do tecido ou tecidos/bordados nele.
Esses tecidos inteligentes podem ser potencialmente utilizados como alternativa às baterias, que exigem recarga ou substituição periódica porque contêm apenas uma quantidade finita de energia. Em aplicações de têxteis vestíveis, as baterias tendem a ser itens rígidos e volumosos que precisam ser removidos antes da lavagem, necessitando, portanto, de melhorias.
Embora ainda esteja em um estágio relativamente inicial, esse setor está crescendo rapidamente, impulsionado por uma combinação de fatores, incluindo avanços tecnológicos, design, demanda do consumidor, miniaturização e políticas governamentais.
Agora, vamos dar uma olhada nas inovações empolgantes do setor e no poder literal das roupas que usamos!
Tecido Inteligente para Converter o Calor Corporal em Eletricidade
Um dos desenvolvimentos mais recentes e eletrizantes foi realizado por pesquisadores da University of Waterloo em colaboração com uma instituição líder em ciência e engenharia têxtil na Jiangnan University, que criaram um tecido inteligente que converte energia térmica do corpo e da luz solar em energia elétrica.
Este tecido inteligente tem a capacidade de gerar energia, observar métricas de saúde e rastrear atividade física. Esses sensores permitem que o tecido detecte mudanças de temperatura e monitore pressão, estresse e composição química.
Uma aplicação promissora desse tecido são máscaras faciais inteligentes que podem monitorar a temperatura e a taxa da sua respiração, bem como detectar químicos para ajudar a identificar condições como câncer de pulmão e vírus. Segundo Yuning Li, diretora do Laboratório de Materiais Eletrônicos Impressos em Waterloo e professora do Departamento de Engenharia Química:
“Desenvolvemos um material de tecido com capacidades de detecção multifuncionais e potencial de autoalimentação que nos aproxima de aplicações práticas para tecidos inteligentes.”
O tecido projetado pela equipe é flexível, à base de MXene, termelétrico, e pode determinar com precisão estímulos de deformação e temperatura. Para alcançar isso, a equipe desenvolveu uma camada de polidopamina adesiva (PDA) na superfície do tecido de nylon, que facilitou a fixação do MXene por meio de ligações de hidrogênio.
O MXene tem atraído muita atenção por sua rara combinação de propriedades, como estrutura em camadas, flexibilidade, grande área superficial, condutividade elétrica e metálica, biocompatibilidade, hidrofobicidade, capacidade de ajuste de tamanho e rica química de superfície. O estudo observou:
“O tecido termelétrico à base de MXene resultante apresenta capacidade excepcional de detecção de temperatura e estabilidade cíclica, além de oferecer excelente sensibilidade, resposta rápida (60 ms) e durabilidade notável na detecção de deformação (3200 ciclos).”
O tecido inovador não é apenas mais econômico, durável e estável do que outros tecidos no mercado, mas, ao contrário dos dispositivos vestíveis atuais que precisam de recarga frequente, este pode operar sem exigir uma fonte externa de energia. Dessa forma, a pesquisa demonstra o enorme potencial de integrar polímeros condutores e MXene com a tecnologia têxtil moderna para o avanço dos tecidos inteligentes.
Observando os diversos avanços feitos na tecnologia, incluindo IA, que está evoluindo rapidamente para oferecer processamento avançado de sinais para monitoramento de saúde e preservação de alimentos e produtos farmacêuticos, Li argumentou que todos esses avanços dependem de ‘coleta abrangente de dados, que sensores tradicionais — frequentemente volumosos, caros e difíceis de manusear — não conseguem alcançar.’ Isso torna os sensores impressos, incorporados em tecidos inteligentes, ideais para coleta e monitoramento contínuos de dados, acrescentou Li.
Embora este tecido inovador marque um progresso significativo em tornar essas aplicações viáveis, os pesquisadores agora se concentrarão em melhorar ainda mais as capacidades do tecido e incorporá-lo a sistemas eletrônicos. Um aplicativo de smartphone também pode fazer parte desse desenvolvimento futuro para rastrear e transmitir dados do tecido a profissionais de saúde para monitoramento de saúde em tempo real e não invasivo.
Tecidos Pioneiros do Futuro
Os avanços em vestuário inteligente têm ocorrido rapidamente há algum tempo. Em 2016, pesquisadores do Georgia Institute of Technology em Atlanta criaram um tecido de microcabo que poderia captar energia da luz solar e do movimento.
Para isso, os cientistas entrelaçaram fios com células solares finas baseadas em fibras e nanogeradores triboelétricos. O tecido inteligente resultante tinha uma única camada de 320 μm de espessura e poderia be integrated into tents, curtains, and various clothes. The textile, as per the study, could directly charge a cell phone and continuously power an electronic watch.
Cientistas da NTU Singapore também desenvolveram um ‘tecido’ que transforma o movimento corporal em eletricidade. Para criar esse tecido elástico e impermeável, os cientistas usaram um polímero que converte força mecânica, como pressionar ou apertar, em energia elétrica. O tecido tem uma camada base de elastano elástico e também é integrado a um material semelhante à borracha que o torna flexível, resistente e impermeável.
Em um experimento, a equipe demonstrou que tocar em um pequeno pedaço desse tecido produzia energia elétrica que podia acender efetivamente cem LEDs. Além disso, lavar, amassar ou dobrar o tecido não afetou negativamente o desempenho e pôde manter uma saída elétrica estável por até cinco meses.
“Acreditamos que poderia ser tecido em camisetas ou integrado às solas de sapatos para coletar energia dos menores movimentos do corpo, canalizando eletricidade para dispositivos móveis.”
– Líder do estudo Lee Pooi See, cientista de materiais, e professor associado de provost da NTU
Embora os tecidos inteligentes sejam objeto de muita pesquisa e desenvolvimento, sua relação custo-efetividade continua sendo um grande desafio. Sua falta de praticidade, às vezes, também pode ser um problema.
Para enfrentar esses problemas, os pesquisadores desenvolveram têxteis inteligentes de próxima geração que podem ser produzidos de forma econômica usando as mesmas máquinas da confecção convencional. Os pesquisadores primeiro demonstraram que revestir fibras com materiais que suportam alongamento pode ser compatível com processos de tecelagem convencionais. Agora, os têxteis inteligentes também podem ser fabricados usando processos automatizados, sem limites de tamanho ou forma.
Isso é apenas o começo, pois todo esse interesse em têxteis inteligentes está levando a muitas outras inovações interessantes. Por exemplo, esse progresso também resultou no desenvolvimento de um dispositivo vestível que pode ser incorporado ao tecido ou usado como jaqueta. Ele pode camuflar o usuário de sensores de detecção de calor, como óculos de visão noturna, independentemente do clima.
Enquanto a superfície do dispositivo aquece ou esfria rapidamente para combinar com as temperaturas ambientes, ocultando o calor corporal do usuário, o interior permanece na mesma temperatura da pele humana.
Enquanto isso, na National University of Singapore, pesquisadores desenvolveram um dispositivo de geração de eletricidade movido a umidade (MEG) usando tecido, sal marinho, tinta de carbono e um gel especial absorvente de água. Mantendo uma extremidade do tecido sempre úmida e a outra seca, o tecido revestido de carbono gerou uma corrente elétrica com capacidade de produzir energia por mais de 150 horas. Atuando essencialmente como uma bateria, ele forneceu uma saída elétrica maior que uma bateria AA convencional, demonstrando o potencial de alimentar eletrônicos cotidianos.
The MEG device’s concept is built upon the ability of different materials to generate electricity from the interaction with moisture in the air. This demonstrates its suitability for various practical uses, such as wearable electronics and information storage devices.
Engenheiros também criaram transistores e dispositivos eletrônicos a partir de fios. Uma dessas pesquisas envolveu entrelaçar fios finos no tecido para criar dispositivos eletrônicos que podem ser usados na pele ou implantados cirurgicamente para monitoramento diagnóstico.
Os primeiros transistores baseados em fios (TBTs) foram combinados com sensores baseados em fios para possibilitar a criação de dispositivos totalmente flexíveis e multiplexados. O TBT aqui envolveu revestir um fio de linho com nanotubos de carbono para criar uma superfície semicondutora para o fluxo de elétrons e, em seguida, conectá-lo a dois fios finos de ouro, um dos quais foi ligado a um gel impregnado com eletrólito.
De acordo com o autor do estudo Sameer Sonkusale, professor de engenharia elétrica e de computação na Tufts University School of Engineering:
“Existem muitas aplicações médicas nas quais a medição em tempo real de biomarcadores pode ser importante para tratar doenças e monitorar a saúde dos pacientes. A capacidade de integrar totalmente um dispositivo de monitoramento diagnóstico macio e flexível que o paciente quase não percebe pode ser bastante poderosa.”
Tecidos Inteligentes para Adaptar-se a Temperaturas Variáveis
Outra dimensão dos têxteis inteligentes que está sendo explorada é o tecido adaptativo à temperatura, que aumenta a eficiência energética ao reduzir a necessidade de sistemas de aquecimento ou refrigeração alimentados por energia.
Nesse contexto, uma nova pesquisa da Hong Kong Polytechnic University, publicada esta semana, apresenta vestuário robótico macio, respirável e termicamente isolado que pode adaptar-se automaticamente a mudanças nas temperaturas ambientes, ajudando a garantir a segurança dos trabalhadores em ambientes quentes.
Uma pesquisa interessante da American Chemical Society de alguns anos atrás envolveu o desenvolvimento de um material que resfria o usuário sem usar eletricidade, transferindo calor e permitindo que a umidade evapore da pele.
Com o ar condicionado e outros métodos de refrigeração responsáveis por uma parcela significativa do consumo de eletricidade nos EUA, os pesquisadores adotaram uma abordagem direcionada, resfriando o corpo de uma pessoa em vez de um cômodo inteiro.
Embora roupas e têxteis já sejam projetados para fazer isso, a maioria tem custos elevados, baixa capacidade de refrigeração e grande consumo de eletricidade. Portanto, os pesquisadores criaram o novo material por eletrofiação de um polímero, especificamente um polímero repelente à água, e um preenchimento termicamente condutor em membranas nanofibrilares.
Essas membranas possuíam poros suficientemente grandes para permitir que o suor evaporasse da pele e o ar circulasse, ao mesmo tempo em que repeliam a água do exterior. O estudo observou que, além do resfriamento pessoal, a membrana também poderia ser útil para dessalinização de água do mar, coleta de energia solar e gerenciamento térmico de dispositivos eletrônicos.
Da American Chemical Society também surgiu um novo têxtil que não só mantém você fresco no verão, mas também quente no inverno, tornando-o único nesse aspecto. Embora os têxteis inteligentes sejam conhecidos por aquecer ou resfriar o usuário, um tecido que possa fazer ambos não é realmente tão comum. Esse tecido forte, porém confortável, também não requer energia.
Para criar esse tecido inteligente, os cientistas produziram por congelamento quitosana, que provém do esqueleto externo de crustáceos, e seda, em fibras coloridas com microestruturas porosas, que foram então preenchidas com um polímero de mudança de fase chamado polietileno glicol (PEG). O fio foi revestido com polidimetilsiloxano para que o PEG líquido, que absorve e libera energia térmica, não vazasse.
Os pesquisadores testaram o tecido, que se mostrou flexível, resistente e repelente à água, ao tecê-lo em um pedaço de tecido que foi então incorporado a uma luva de poliéster. Quando usado por uma pessoa e colocado em uma câmara quente (122°F), o PEG sólido absorveu o calor e derreteu em líquido, resfriando a pele. Por outro lado, quando exposto ao frio (50°F), o PEG solidificou, liberando calor e aquecendo a pele.
De acordo com os pesquisadores, o tecido pode ser ampliado para produção em massa porque é compatível com a indústria têxtil existente.
Empresas Envolvidas em Tecidos Inteligentes de Captação de Energia
Agora, vamos dar uma olhada nas empresas que estão inovando no campo dos tecidos inteligentes:
#1. Adidas
A empresa lançou o primeiro par de seus sapatos inteligentes há uma década. Os sapatos continham um sensor, microprocessador, motor elétrico e material têxtil eletrônico inteligente.
Em 2021, a Adidas revelou sua nova inovação têxtil, STRUNG, que is described as an industry-first textile and creation process. This innovation allows Adidas to build and test different structures before sending the chosen design to the STRUNG robot. This product concept is entirely data-driven footwear for a specific runner profile.
A Adidas tem um valor de mercado de $43 bln, e suas ações estão sendo negociadas a $119.58, alta de 16.74% no ano. Seu EPS (TTM) é -0.37, e seu P/E (TTM) é -325, enquanto o rendimento de dividendos pago é 0.32%, segundo a CNBC. No segundo trimestre de 2024, a empresa alemã de vestuário esportivo reportou €5.82b em receita, €196.0m em lucro líquido, e margem de lucro de 3.4%, superior aos 1.6% do 2Q23.
#2. DuPont De Nemours
No mundo das roupas inteligentes, a DuPont lançou conexões eletrônicas elásticas via Intexar™. Essa tecnologia de vestuário inteligente transforma tecidos comuns em vestimentas ativas e inteligentes que fornecem dados biométricos críticos, como frequência cardíaca, taxa de respiração e tensão muscular.
A DuPont tem um valor de mercado de $33.47 bln, e suas ações estão sendo negociadas a $80.19, alta de 4.22% no ano. Possui um EPS (TTM) de 0.72 e P/E (TTM) de 111.16, enquanto o rendimento de dividendos pago é 1.90%, segundo a CNBC. No segundo trimestre de 2024, a empresa reportou um aumento de 2% nas vendas líquidas para $3.2bln e fluxo de caixa livre ajustado aumentando 53% para $425mln.
DD Gráfico de preços
Outros nomes proeminentes que trabalham com roupas inteligentes incluem a britânica Pireta, que desenvolveu um processo aditivo único que adiciona condutividade aos tecidos sem impactar o desempenho ou o caimento da peça. Há também a jaqueta Solar Charged da Collebak, que absorve luz durante o dia e a emite à noite. O e-skin da Xenoma, por sua vez, é uma camisa inteligente incorporada com sensores para monitorar movimentos corporais e dados fisiológicos. A OMSignal possui vestuário biossensível que usa têxteis de captação de energia para alimentar sensores incorporados ao tecido para monitorar frequência cardíaca, respiração e outros sinais vitais.
Applied Materials (AMAT ), Nike, SolarEdge Technologies (SEDG ), Smartex e Sensoria também estão trabalhando nessa área.
Na Europa, várias empresas se uniram para lançar o projeto GRAPHERGIA, visando transformar a forma como a energia é captada em têxteis e sistemas de baterias. O projeto começou no final do ano passado para ser pioneiro em têxteis inteligentes que se adaptam ao corpo e se carregam autonomamente.
“Imaginamos um mundo onde suas roupas fazem mais do que apenas parecer bem — elas alimentam seus dispositivos, funcionam como sensores e conectam você perfeitamente à Internet das Coisas (IoT).”
– Prof. Spyros Yannopoulos, coordenador do projeto GRAPHERGIA
Conclusão
Todas essas inovações empolgantes que discutimos acima fizeram da moda agora um meio não apenas de exibir poder na aparência mas também de gerar energia literalmente. Ao integrar têxteis com captadores de energia, podemos também ter soluções de energia vestível ambientalmente amigáveis, onipresentes e sustentáveis.
Tecidos energeticamente eficientes estão claramente surgindo como o futuro da moda, abrindo um mundo totalmente novo de tecnologia vestível. O único limite aqui é a nossa imaginação.
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