Energia
Roupas Inteligentes Carregadas Sem Fio Agora Possíveis com a Descoberta da Tinta MXene
Os avanços tecnológicos tornaram tudo inteligente hoje, desde nossos telefones, geladeiras, TVs, relógios, bicicletas, carros e carteiras até fornos, óculos, campainhas, termostatos e escovas de dentes.
Outra coisa que está ficando inteligente e que você talvez não esperasse são suas roupas. Isso mesmo! Até vestimentas e têxteis estão se tornando inteligentes. Imagine têxteis que podem detectar e responder à sua temperatura, movimento e pressão.
A onipresença dos têxteis, bem como sua grande área de superfície e proximidade dos usuários, realmente torna a integração de funcionalidades neles um empreendimento promissor.
Embora muitas marcas de moda de alto nível tenham feito promessas, roupas inteligentes com sensores e têxteis de próxima geração ainda não se tornaram parte regular de nosso cotidiano. Isso ocorre porque eletrônicos baseados em têxteis ou e‑têxteis exigem fontes de energia integradas ao tecido, o que pode impactar negativamente o conforto do usuário.
Como alternativa, foi adotada uma abordagem de colheita de energia no vestuário. Dispositivos fotovoltaicos são exemplos que alcançam saída razoável, porém com tensão relativamente baixa. Além disso, possuem métodos de fabricação complicados e necessitam de luz para fornecer energia. Piezoelétricos são outra opção que gera tensão significativa, mas fornece correntes na faixa de μA.
Aqui, o carregamento sem fio pode oferecer vantagens substanciais, com pesquisadores recorrendo aos MXenes e integrando‑os diretamente aos têxteis.
Para ajudar a tornar os e‑têxteis parte de nossos guarda‑roupas, pesquisadores da Drexel University se uniram à Accenture Labs na Califórnia para construir uma rede de energia têxtil completa que pode ser carregada sem fio.
Detalhando o processo e a viabilidade de construir uma rede, o estudo mais recente, apoiado pelos National Institutes of Health, relatou o uso de tinta composta por MXene para imprimir em têxteis de algodão não tecidos.
Essa impressão pode ser feita facilmente usando métodos de impressão direta, e a tinta pode ser secada à temperatura ambiente e aplicada aos têxteis.
A rede de energia no vestuário da Drexel University pode alimentar eletrônicos do mundo real, incluindo um sensor sEMG, e transmitir dados em tempo real. A equipe também criou um aquecedor joule sem fio, que foi alimentado diretamente por sua bobina de MXene.
MXene: Um Nanomaterial 2D com Possibilidades Infinitas
Criado na própria Drexel, o MXene é um tipo de nanomaterial que não só é altamente condutor, mas também durável o suficiente para suportar a lavagem, o estiramento e a dobra que as roupas precisam enfrentar.
Além de sua condutividade natural, o MXene é impermeável à radiação eletromagnética e pode se dispersar em água como uma solução coloidal estável. Isso permite o revestimento fácil de têxteis com MXene sem a necessidade de aditivos químicos. O MXene também exibe super‑supercapacitância e demonstra potencial em sensores. Essas nanoflakes podem ser colocadas em qualquer lugar e em quase qualquer superfície.
Todas essas qualidades dão ao MXene uma vantagem distinta sobre outros materiais e o tornam um candidato ideal para integrar aos têxteis, adicionando funcionalidade e gerando e armazenando energia elétrica. Como a Drexel University observou:
As possibilidades para os MXenes são infinitas.
Por exemplo, pesquisadores desenvolveram uma estratégia escalável para fabricar filmes de alto desempenho de flocos de MXene de carbeto de titânio que têm aplicações promissoras em aeroespacial, biomedicina e dispositivos eletrônicos flexíveis. Em outro lugar, cientistas descobriram propriedades do tipo p em um novo material MXene para avançar seu potencial em aplicações de nanotecnologia. Outra equipe está desbloqueando o potencial do MXene na catálise para facilitar o uso da amônia como transportadora de hidrogênio para armazenamento de energia renovável.
Na verdade, foi há mais de uma década que pesquisadores da Drexel, no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Faculdade de Engenharia, descobriram essa família de carbonetos ou nitretos 2D. Com apenas alguns átomos de espessura, a estrutura do material mostrou um enorme potencial em termos de atributos e usos.
Não há apenas um MXene; há muitos diferentes, com ainda mais possibilidades.
O céu é realmente o limite.
– Yury Gogotsi, professor na College of Engineering da Drexel e diretor do A.J. Drexel Nanomaterials Institute, há anos
Então, os pesquisadores começaram a explorar a possibilidade de adaptar o MXene como um revestimento que pode conferir a uma ampla gama de materiais suas propriedades excepcionais.
Agora, com a mais recente prova de conceito, a Universidade fez mais um grande desenvolvimento, que representa um grande passo para a tecnologia vestível, atualmente limitada pelo uso de baterias volumosas e rígidas que não são totalmente integradas às roupas.
Ao falar sobre como suprimentos de energia volumosos que exigem componentes rígidos não são ideais, o líder do estudo, Gogotsi, explicou que eles são simplesmente desconfortáveis e intrusivos para o usuário.
Embora os e‑têxteis possam ser conectados à tomada, a energia direta restringe o movimento. Ele acrescentou:
(Eles também) tendem a falhar na interface entre a eletrônica rígida e o têxtil macio ao longo do tempo.
Essas interfaces podem reduzir o conforto do usuário e são propensas a falhas mecânicas. Além disso, há a questão da lavabilidade dos e‑têxteis, que é bastante difícil de lidar.
Então, a equipe de pesquisa da Drexel imprimiu a grade têxtil em um substrato de algodão flexível e leve, que tinha apenas o tamanho de um pequeno patch.
Ela ainda contém uma bobina ressonadora impressa, chamada MX‑coil, que converte ondas eletromagnéticas em energia para permitir o carregamento sem fio. Também há três supercapacitores têxteis que armazenam energia e são usados para alimentar dispositivos.
Clique aqui para saber mais sobre o tecido que pode converter calor em eletricidade.
Um ‘Patch’ de Supercapacitor para Armazenamento de Energia
Fonte: Drexel University
Após estudar a durabilidade, condutividade elétrica e capacidade de armazenamento de energia dos têxteis funcionalizados com MXene que não foram otimizados para alimentar eletrônicos além de dispositivos passivos como luzes LED, a Drexel e a Accenture Labs desenvolveram esses supercapacitores no ano passado.
Na época, a equipe relatou que o supercapacitor poderia carregar em poucos minutos e então alimentar um sensor de temperatura e a comunicação de dados por rádio por cerca de duas horas.
Gogotsi, que coautorou o estudo, também observou na época que, para integrar totalmente a tecnologia ao tecido, devemos ser capazes de integrar perfeitamente sua fonte de energia.
Nossa invenção mostra o caminho a seguir para dispositivos de armazenamento de energia têxtil.
– Gogotsi
A facilidade de fazer o MXene aderir ao tecido permite que o supercapacitor da Drexel apresente alta densidade de energia e suporte aplicações funcionais, o que é necessário para implementar o armazenamento de energia baseado em têxteis em aplicações reais.
O patch de supercapacitor têxtil de MXene foi projetado com o objetivo de maximizar a capacidade de armazenamento de energia usando material mínimo e pouco espaço. Dessa forma, reduziu o custo total de produção e, ao mesmo tempo, preservou a flexibilidade e a usabilidade da vestimenta.
Agora, para criar o supercapacitor, pequenos trechos de tecido de algodão tecido foram mergulhados em uma solução de MXene. Em seguida, foram sobrepostos a um gel eletrolítico de cloreto de lítio. Cada célula de supercapacitor possui duas camadas têxteis, que são revestidas com MXene.
Para ter um patch que possa operar dispositivos, cinco células foram empilhadas com uma área de 25 centímetros quadrados para criar um pacote de energia capaz de carregar até 6 volts. As células também foram seladas a vácuo para evitar degradação de desempenho.
O supercapacitor da equipe conseguiu alimentar um microcontrolador Arduino Pro Mini de 3,3V, que foi um dos maiores totais de potência registrados para um dispositivo de energia têxtil.
O microcontrolador também conseguiu transmitir a temperatura sem fio a cada 30 segundos por 96 minutos. Esse desempenho foi mantido consistentemente por mais de 20 dias.
Habilitando Carregamento Sem Fio em Têxteis
Depois de criar o dispositivo de armazenamento de energia, ou seja, um supercapacitor, que entrega energia mais rapidamente que uma bateria, a equipe começou a trabalhar na grade têxtil, que incluía uma MX‑coil e três supercapacitores têxteis.
A equipe demonstrou a eficácia de seu sistema ao alimentar várias aplicações de e‑têxteis. Por exemplo, a grade desenvolvida pôde carregar sem fio a 3,6 volts, o que é suficiente para alimentar sensores vestíveis, bem como relógios de pulso e calculadoras. Além de pequenos dispositivos, a grade tinha capacidade de até alimentar circuitos digitais em computadores.
Ao testar a grade com pequenos dispositivos eletrônicos, constatou‑se que, ao carregá‑la por apenas 15 minutos, a grade conseguiu gerar energia suficiente para alimentar pequenos dispositivos por mais de 90 minutos.
Além disso, após passar por um extenso ciclo de lavagem e flexão para simular o desgaste que roupas regulares sofrem, os pesquisadores descobriram que o desempenho da grade quase não diminuiu.
Liderado por Flavia Vitale, PhD, professora associada de neurologia, colaboradores da University of Pennsylvania também o testaram para eletrodos biossensoriais sem fio baseados em MXene, chamados MXtrodes, que monitoram o movimento muscular.
Além de aplicações no vestuário que requerem armazenamento de energia, a equipe mostrou casos de uso que podem não precisar de armazenamento, como “situações com usuários relativamente sedentários”, disse Alex Inman, PhD, assistente de pesquisa com Gogotsi no A.J. Drexel Nanomaterials Institute.
Nesse sentido, a equipe usou o sistema para alimentar um conjunto comercial de sensores de temperatura e umidade junto com um microcontrolador para transmitir os dados coletados em tempo real. Uma carga sem fio de apenas meia hora alimentou a função intensiva em energia de transmissão em tempo real dos sensores por 13 minutos.
A MX‑coil foi ainda usada para alimentar um elemento de aquecimento impresso, no têxtil, um aquecedor Joule. Ela gerou um aumento de temperatura de cerca de 4 graus Celsius como prova de conceito. Segundo Gogotsi:
Muitas tecnologias diferentes poderiam ser alimentadas por carregamento sem fio. O principal ponto a considerar ao escolher uma aplicação é que ela precisa fazer sentido para uma aplicação vestível.
Embora sensores biológicos, como o futuro da saúde, possam ser integrados diretamente aos têxteis para aumentar a qualidade e confiabilidade dos dados e melhorar o conforto do usuário, Gogotsi afirmou que sua pesquisa demonstra que uma grade de energia baseada em têxteis pode alimentar qualquer número de dispositivos periféricos.
Desde hápticos vestíveis para aplicações de AR/VR, como entretenimento e treinamento, até LEDs baseados em fibras para moda ou segurança no trabalho e controle de eletrônicos externos, sua grade de energia baseada em têxteis demonstrou vários casos de uso potenciais.
Embora seja um grande feito, ainda é necessário mais trabalho para otimizar o design a fim de criar comportamentos ressonantes e outros materiais também podem ser adicionados para aumentar a eficiência. Avançando, os pesquisadores da Drexel focarão em escalar seu sistema sem limitar sua capacidade de ser integrado aos têxteis ou afetar negativamente seu desempenho.
No geral, os materiais MXene, segundo Gogotsi e Inman, podem desempenhar um papel importante na conversão de várias tecnologias em formas têxteis.
Estamos produzindo energia suficiente com o carregamento sem fio para alimentar muitas aplicações diferentes, então os próximos passos se resumem à integração. Uma grande forma de o MXene ajudar nisso é que ele pode ser usado para muitas dessas funcionalidades – trilhas condutoras, antenas e sensores.
– Inman
Empresas Posicionadas a Beneficiar-se da Realização dos E‑Têxteis
Roupas inteligentes são um mercado em crescimento, estimado atualmente em US$ 5,16 bilhões, e prevê‑se que cresça a um CAGR de 26,2 % de 2025 a 2030. Com um foco crescente em saúde e fitness entre os usuários, gigantes de tecnologia como Google (GOOGL ) e Apple (AAPL ) criaram tecnologia vestível e podem potencialmente se beneficiar dos e‑têxteis também.
Em 2019, Levi (LEVI ) fez parceria com o Google para lançar sua jaqueta Trucker inteligente. Ela incorporava a tecnologia Jacquard do Google, que permite que uma seção específica do tecido seja usada para controlar telefones móveis.
Têxteis baseados em MXene também podem ser valiosos no mundo médico, onde empresas como a Medtronic (MDT) podem usá‑los para proporcionar conforto e segurança.
Agora, vamos analisar duas empresas que podem realmente se beneficiar dos avanços contínuos nas roupas inteligentes.
1. Vuzix Corporation (VUZI )
Roupas inteligentes têm grande potencial de uso e crescimento nas indústrias de realidade virtual (VR) e realidade aumentada (AR). Elas podem ajudar a borrar as linhas entre os mundos físico e online por meio de sinais sensoriais como feedback háptico, criando experiências mais imersivas para o usuário.
Vuzix é fornecedora de tecnologia de exibição vestível de AR e VR. Ao integrar e‑têxteis baseados em MXene em seus dispositivos vestíveis, a Vuzix pode melhorar significativamente a experiência do usuário ao eliminar pacotes de bateria externos sem limitar o movimento do usuário.
(VUZI )
Agora, se analisarmos seu desempenho de mercado, as ações da empresa com capitalização de US$ 76,2 milhões caíram 44,36 % este ano, sendo negociadas a US$ 1,22 no momento da escrita. Ela tem um EPS (TTM) de -1,26 e um P/E (TTM) de -0,92.
Para o Segundo Trimestre de 2024, a empresa relatou uma diminuição de 77 % em sua receita total, para US$ 1,1 milhão, em comparação com US$ 4,7 milhões no 2T23. Essa queda resultou de vendas menores de produtos, particularmente dos óculos inteligentes M400.
O prejuízo bruto do período foi de US$ 0,3 milhão, resultado de receitas menores que não conseguiram cobrir os custos fixos de produção da empresa. As despesas de Pesquisa e Desenvolvimento, por sua vez, foram de US$ 2,4 milhões. Em 30 de junho de 2024, a Vuzix possuía caixa e equivalentes de caixa de US$ 9,9 milhões, enquanto sua posição geral de capital de giro era de US$ 22,1 milhões.
2. Nike (NKE )
Esse gigante da vestuário tem explorado roupas inteligentes há algum tempo, e integrar vestimentas com carregamento sem fio baseadas em MXene poderia ajudar a Nike a desenvolver roupas esportivas avançadas que podem rastrear dados biométricos sem afetar a funcionalidade e o conforto do usuário.
Recentemente, a empresa lançou Aerogami, uma nova tecnologia de vestuário respirável com ventilação reativa à umidade que abre e fecha automaticamente ao detectar suor. Ela ajuda corredores a regular melhor sua temperatura corporal durante o exercício. Com sua tecnologia de vestuário de desempenho, a Nike buscava “criar um produto que interaja com os corpos dos atletas em tempo real enquanto eles aquecem, suam e esfriam.”
(NKE )
Agora, analisando seu lado financeiro, a Nike é uma empresa com capitalização de US$ 6 bilhões cujas ações estão atualmente negociadas a US$ 77,20, queda de 28,18 % este ano. Ela tem um EPS (TTM) de 3,49 e um P/E (TTM) de 22,36, enquanto paga um rendimento de dividendos de 1,90 %.
Para os resultados financeiros do exercício fiscal de 2025 referentes ao trimestre encerrado em 31 de agosto de 2024, a empresa relatou uma receita de US$ 11,6 bilhões, queda de 10 % em relação ao ano anterior. O lucro líquido também caiu 28 % para US$ 1,1 bilhão. Embora a Nike tenha enfrentado dificuldades nos últimos anos com a desaceleração da demanda do consumidor, ainda detém 40 % de participação de mercado na indústria de vestuário esportivo.
Enquanto isso, seu caixa e equivalentes e investimentos de curto prazo estão em US$ 10,3 bilhões, cerca de US$ 1,5 bilhão a mais do que no ano passado. Os retornos aos acionistas continuaram a aumentar, com US$ 558 milhões pagos em dividendos, enquanto US$ 1,2 bilhão foram gastos em recompras de ações.
Conclusão
A tecnologia é o setor que mais cresce, influenciando quase todas as áreas de nossas vidas, incluindo nosso guarda‑roupa. No entanto, soluções flexíveis e extensíveis de armazenamento de energia têxtil continuam subdesenvolvidas na maioria dos sistemas de e‑têxteis devido ao desempenho inadequado dos materiais e tecnologias atualmente disponíveis.
Com pesquisa e inovação contínuas, podemos finalmente ver as roupas inteligentes se tornarem realidade. Aqui, o material extraordinário que é o MXene oferece grande promessa com sua versatilidade, que pode não apenas tornar os e‑têxteis possíveis, mas também tem o potencial de enfrentar as demandas energéticas futuras.
