Energia
Tecido Inteligente Converte Calor em Eletricidade
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Imagine roupas capazes de medir temperatura e movimento, captar pequenas quantidades de energia ou ajustar o isolamento térmico. Essas funções estão sendo pesquisadas, mas não significam que qualquer peça possa operar indefinidamente sem uma fonte de energia.
Pesquisas na interseção entre eletrônica, materiais e vestuário têm produzido protótipos com essas funções. A integração em produtos laváveis, seguros e economicamente viáveis ainda depende de desenvolvimento.
Sensores, materiais condutores e estruturas têxteis podem ampliar as funções das roupas. Os benefícios ambientais, porém, dependem dos materiais, da durabilidade, da fabricação e do descarte.
Uma estimativa comercial citada em 2024 avaliava o mercado de têxteis inteligentes em 4,1 bilhões de dólares e projetava crescimento para 24,5 bilhões até 2032. A classificação de captação de energia como maior aplicação vinha da Markets and Markets, e não representa uma medição universal nem garante esse crescimento.
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.
Tecidos que captam energia podem complementar baterias ou alimentar sensores de baixo consumo em condições adequadas. A quantidade captada varia com luz, movimento e diferença de temperatura. Muitos sistemas ainda precisam de armazenamento e eletrônica de controle.
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 anunciado em agosto de 2024 pela University of Waterloo, em colaboração com a Jiangnan University. A equipe desenvolveu um tecido com potencial para converter calor e energia solar em eletricidade e integrar sensores.
O protótipo combina detecção de deformação e temperatura com potencial de captação de energia. A integração de outros sensores pode permitir novas medições, mas não significa que o tecido já monitore sozinho todos os indicadores de saúde ou a composição química.
Máscaras que medem temperatura e frequência respiratória ou compostos no ar expirado são aplicações propostas. A pesquisa não demonstrou um diagnóstico clínico de câncer de pulmão ou de infecções virais. Segundo Yuning Li, professor de Engenharia Química e diretor do laboratório de materiais eletrônicos imprimíveis de Waterloo:
“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 flexível utiliza MXene e materiais condutores. A equipe aplicou uma camada adesiva de polidopamina (PDA) ao nylon para favorecer a fixação do MXene por interações como ligações de hidrogênio.
MXenes são uma família de materiais bidimensionais cujas propriedades dependem da composição e da química superficial. Condutividade, flexibilidade e grande área superficial são características relevantes; biocompatibilidade e comportamento frente à água não devem ser atribuídos de forma universal a todos os MXenes. O estudo relatou:
“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).”
Os resultados indicam potencial para combinar sensores e captação de energia em tecidos. Não demonstram operação autônoma ilimitada em qualquer ambiente, nem superioridade econômica sobre todos os produtos existentes. A eletrônica integrada e as condições de alimentação ainda precisam ser avaliadas.
Li observou que a análise de sinais por IA exige dados obtidos por sensores. Sensores incorporados a tecidos podem facilitar medições contínuas, desde que sua precisão, conforto, privacidade e integração sejam adequados.
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 ser integrado a tendas, cortinas e roupas. O estudo demonstrou captação solar e mecânica para pequenas cargas e armazenamento. Isso não equivale a uma roupa capaz de recarregar qualquer celular na velocidade de um carregador convencional.
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 uma demonstração de conceito, toques em um pedaço de 3 × 4 centímetros produziram energia para acender 100 LEDs. A equipe também relatou estabilidade após lavagem, amassamento e dobra, com desempenho observado ao longo de cinco meses. Não se tratava de cinco meses de geração contínua sem movimento.
“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.”
– Lee Pooi See, pesquisadora de materiais e líder do estudo na 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 eletrônicos compatíveis com equipamentos industriais de tecelagem. A compatibilidade pode facilitar a produção, mas não elimina restrições de tamanho, formato, materiais, conexões e custo em todas as aplicações.
Outra linha de pesquisa estuda dispositivos termoelétricos flexíveis para camuflagem térmica. Protótipos podem reduzir o contraste observado por câmeras infravermelhas dentro de uma faixa de temperaturas. Isso não garante invisibilidade em qualquer clima ou diante de todos os tipos de visão noturna.
Nesses dispositivos ativos, a superfície externa ajusta sua temperatura enquanto outra camada limita a transferência de calor para a pele. O controle termoelétrico exige energia; não deve ser confundido com camuflagem passiva ou geração gratuita de eletricidade.
Na National University of Singapore, um protótipo de geração elétrica por umidade utilizou tecido revestido de carbono, sal e um gel absorvente. Regiões úmidas e secas mantidas no mesmo dispositivo criam uma diferença eletroquímica. Uma amostra de 1,5 × 2 centímetros forneceu até 0,7 volt por mais de 150 horas em condições constantes. Unidades combinadas podem aumentar a tensão, mas tensão não é potência nem capacidade energética: isso não demonstra desempenho superior ao de uma pilha AA em todos esses aspectos.
O dispositivo aproveita a interação com a umidade e o gradiente entre regiões. O uso em eletrônicos cotidianos depende também de corrente, potência disponível, estabilidade, armazenamento e condições ambientais.
Outros trabalhos estudam transistores e sensores feitos de fios para dispositivos flexíveis. Aplicações sobre a pele ou implantáveis são possibilidades de pesquisa, não indicações de aprovação clínica.
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
Tecidos adaptativos podem modificar a transferência de calor entre corpo e ambiente. Em determinadas condições, podem reduzir a necessidade de climatização, mas a economia depende do sistema e do contexto de uso.
Em agosto de 2024, a Hong Kong Polytechnic University divulgou uma pesquisa publicada na Advanced Science sobre vestuário robótico macio, respirável e com isolamento adaptativo. Atuadores expandem a estrutura em temperaturas elevadas para aumentar o isolamento. O protótipo pode contribuir para proteção térmica, mas não garante segurança em qualquer ambiente quente.
Outro estudo, divulgado pela American Chemical Society, investigou um material de resfriamento passivo que facilita a transferência de calor e a evaporação do suor, sem alimentação elétrica.
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.
Para melhorar o resfriamento pessoal, pesquisadores combinaram por eletrofiação um polímero repelente à água com um material termicamente condutor em membranas nanofibrosas. Roupas convencionais não consomem eletricidade por si mesmas; a comparação deve distinguir tecidos passivos de sistemas ativos de refrigeração.
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.
Outra pesquisa divulgada pela American Chemical Society apresentou fibras com material de mudança de fase, capazes de absorver ou liberar calor. O efeito é passivo e limitado pela quantidade de material e pela energia térmica armazenada; não equivale a aquecimento ou resfriamento contínuo sem limites.
Os cientistas produziram fibras por fiação por congelamento com quitosana, derivada de crustáceos, e seda. As microestruturas porosas foram preenchidas com polietilenoglicol (PEG), um material de mudança de fase, e revestidas com polidimetilsiloxano para reduzir o vazamento quando o PEG se liquefaz.
Em testes com uma luva, a exposição a 50 °C fez o PEG absorver calor e derreter; a 10 °C, sua solidificação liberou calor. Esses resultados descrevem condições experimentais e um efeito térmico transitório, não uma faixa garantida de proteção para o usuário.
Os pesquisadores apontaram compatibilidade com processos têxteis existentes como uma possível vantagem para produção em escala. A viabilidade industrial ainda exige testes de durabilidade, segurança e custo.
Empresas e projetos ligados a têxteis funcionais
Os exemplos seguintes abrangem materiais, sensores e processos de fabricação. Nem todos geram energia, e sua presença aqui não demonstra participação no protótipo de Waterloo.
#1. Adidas
A Adidas desenvolveu calçados com sensores e ajuste eletrônico de amortecimento já nos anos 2000. Isso é diferente de um tecido que capta energia do ambiente.
Em 2020, a Adidas revelou a inovação têxtil STRUNG, que descreveu como um processo de fabricação orientado por dados de atletas. O posicionamento dos fios é programado e executado por robô para construir o cabedal. STRUNG não é, por esse motivo, um gerador de eletricidade ou um tecido com sensores integrados.
As cifras de mercado citadas para Adidas — valor de 43 bilhões de dólares, preço de 119,58 dólares e variação de 16,74% no ano — são registros históricos de 2024 e dependem da classe de ação e do mercado consultado. O lucro por ação negativo de 0,37 dólar torna a relação preço/lucro negativa pouco útil como múltiplo de avaliação. Os dados trimestrais citados eram receita de cerca de 5,82 bilhões de euros e lucro líquido de 196 milhões; não representam faturamento de têxteis inteligentes.
#2. DuPont De Nemours
A tecnologia Intexar da DuPont utiliza tintas e conexões condutoras flexíveis para integrar eletrônica a tecidos. Conforme os sensores e o sistema, pode apoiar medições biométricas ou aquecimento. O material condutor, sozinho, não mede todos esses sinais nem produz energia.
Os dados citados para DuPont — valor de mercado de 33,47 bilhões de dólares, preço de 80,19 dólares, alta de 4,22%, lucro por ação de 0,72 dólar, relação preço/lucro de 111,16 e rendimento de dividendo de 1,90% — são históricos de 2024. No segundo trimestre daquele ano, a companhia reportou vendas líquidas de aproximadamente 3,2 bilhões de dólares, alta de 2%, e fluxo de caixa livre ajustado de 425 milhões, 53% acima do ano anterior.
DD Gráfico de preços
A britânica Pireta desenvolveu um processo para adicionar condutividade aos tecidos. A jaqueta Solar Charged da Vollebak absorve luz e a reemite por luminescência; isso não equivale a gerar eletricidade. A Xenoma desenvolveu roupas e-skin para medir movimento, e a OMSignal trabalhou com vestuário de monitoramento biométrico. Não há base aqui para afirmar que todos esses sensores são alimentados por energia captada pelo próprio tecido.
Applied Materials (AMAT ), Nike, SolarEdge Technologies (SEDG ), Smartex e Sensoria são exemplos citados em atividades relacionadas a materiais, energia ou sensores. Isso não comprova que todas desenvolvam têxteis autônomos de captação de energia.
Na Europa, várias empresas se uniram para lançar o projeto GRAPHERGIA, voltado à captação de energia em têxteis e a tecnologias para baterias. Iniciado no fim de 2023, o projeto investiga essas possibilidades; suas metas não devem ser apresentadas como produtos comerciais já disponíveis.
“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
As pesquisas mostram que tecidos podem combinar funções mecânicas, térmicas e eletrônicas. A captação de energia pode alimentar determinadas aplicações de baixo consumo, mas o desempenho depende das condições, do armazenamento e da eletrônica associada.
Têxteis inteligentes são um campo promissor, com limitações concretas de potência, conforto, lavagem, durabilidade, custo, segurança e reciclagem. Superá-las será necessário para transformar protótipos em produtos de uso cotidiano.
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