Eletrónica flexível neuromórfica: chips moles que esticam até 140%

Mesmo a chamada eletrónica flexível, na maioria dos casos, é mais aparência do que realidade. No interior continua a haver chips de silício rígido colados a uma folha de plástico maleável. Quando se dobra o conjunto, o chip apenas “vai atrás” - sem se deformar nem mudar.

Agora começa a ganhar forma uma nova categoria que dispensa por completo o chip rígido.

Nestes sistemas, o dispositivo é mole do princípio ao fim: estica e processa informação de um modo mais próximo do cérebro. Uma nova revisão científica mostra até onde esta abordagem já foi levada.

Porque é que a eletrónica falha dentro do corpo

O problema nunca foi falta de capacidade de cálculo. A IA moderna já consegue superar pessoas a interpretar exames médicos ou a reconhecer um rosto. O obstáculo surge quando essa inteligência tem de viver no corpo - e aí a falha tende a ser lenta, previsível.

O tecido humano é macio e está em movimento constante, enquanto os chips de silício são rígidos e planos. Se se encostar um chip duro a um coração a bater ou a um joelho a dobrar, ele irrita o tecido, começa a descolar e, com o tempo, deixa de funcionar.

Tianda Fu, coautor principal na Universidade de Chicago (UChicago), trabalhou com colegas numa nova revisão sobre esta área.

A proposta é recomeçar pelo hardware, substituindo componentes rígidos por materiais que, por si, se dobram e acompanham o corpo.

Eletrónica inspirada no cérebro

Estes chips moles inserem-se na eletrónica neuromórfica: hardware inspirado no cérebro que abandona a lógica de “forçar” eletrões a atravessar fios metálicos.

Em alternativa, esta eletrónica flexível recorre a química semelhante à do cérebro, onde partículas carregadas (iões) e eletrões se deslocam em conjunto para transportar sinais.

Cada elemento activo funciona como uma esponja microscópica: absorve partículas carregadas e volta a libertá-las, alterando a facilidade com que a corrente atravessa o material.

Essa mudança permite que um único transístor mole - um interruptor electrónico microscópico - imite a plasticidade sináptica, isto é, a forma como as ligações entre neurónios se reforçam ou enfraquecem durante a aprendizagem.

Durante anos, os investigadores conseguiram levar dispositivos isolados a comportarem-se como células cerebrais em laboratório, e um estudo mostrou mesmo um transístor mole a aprender a associar dois sinais. O desafio mais difícil era manter esse comportamento enquanto o dispositivo era esticado.

Chips flexíveis que resistem ao movimento

Os materiais mais recentes levaram estes componentes a um limite surpreendente: conseguem esticar até 140% do seu comprimento em repouso sem se partirem. A pele humana rasga-se muito antes disso, o que significa que a eletrónica aguenta movimentos diários como os do cotovelo ou do joelho.

Parte do “segredo” está nos materiais. Polímeros com comportamento borrachoso e ionogéis - géis elásticos que conduzem electricidade - mantêm a forma ao mesmo tempo que permitem o deslizamento das partículas carregadas. Assim, substituem metais e vidros frágeis, que estalam sob tensão.

Como os próprios materiais cedem e acompanham a deformação, o dispositivo adapta-se a superfícies curvas em vez de as contrariar. Um adesivo pode assentar no pulso ou contornar um músculo e continuar a calcular em cada flexão.

Computação com consumo mínimo de energia

Ao funcionar com base em processos químicos, e não em força eléctrica “bruta”, a necessidade energética baixa. Alguns destes dispositivos conseguem distinguir batimentos cardíacos normais de batimentos perigosos consumindo menos de meio volt.

É apenas uma fracção da tensão fornecida por uma pilha AA. Isso ajuda a manter a eletrónica fresca e suficientemente suave para permanecer encostada a um órgão vivo durante longos períodos, sem o “agredir” com choques.

A atracção por análise local impulsiona o campo há anos. Um estudo anterior já tinha criado um dispositivo elástico que processava dados de saúde directamente no corpo - sem servidor e sem ligação sem fios.

Impressão de dispositivos inteligentes e flexíveis

A mudança estende-se até ao fabrico. Em vez de colar sensores rígidos sobre um suporte flexível, passa a ser possível imprimir uma única folha elástica onde coexistem detecção, memória e processamento.

Isto abre caminho a “peles” electrónicas flexíveis capazes de sentir toque e pressão, e a membros robóticos moles que interpretam o movimento por si próprios. Cada sistema reage no local, em vez de pedir respostas a um computador volumoso.

A ciência dos materiais avançou rapidamente, e uma revisão recente descreveu como pequenas alterações nos polímeros mudam o que o dispositivo consegue fazer. Escolher a mistura certa transforma uma curiosidade de laboratório em algo realmente vestível.

O problema da memória

Apesar dos progressos, existe um obstáculo claro entre estes chips e a utilização clínica. Os componentes de memória moles tendem a “esquecer” quase de imediato quando o sinal termina, o que os torna inadequados para armazenamento a longo prazo.

Para contornar isso, os engenheiros colocam a memória duradoura em pequenas ilhas rígidas, protegidas do estiramento. Essas ilhas ligam-se por fios enrolados e elásticos, permitindo que toda a folha continue a dobrar. O resultado é rigidez onde é indispensável e flexibilidade em todo o resto.

Ao combinar este desenho com materiais estáveis e não tóxicos, o campo ganha uma direcção concreta. Distingue-se, assim, o hardware de demonstração de algo que poderia, de facto, resistir dentro do corpo durante anos.

Levar a eletrónica flexível para a medicina

Até há pouco tempo, a computação “mole” e inspirada no cérebro que sobrevivia a estiramentos reais era sobretudo uma promessa no papel. Dispositivo após dispositivo funcionava em laboratório, mas falhava em aplicações no mundo real.

O trabalho mais recente já mostra dispositivos que esticam até 140% do comprimento em repouso, operam com uma fracção de volt e conseguem ler um batimento cardíaco no corpo. Esta combinação está agora descrita e demonstrada, não apenas teorizada.

Se a questão da memória for resolvida, os médicos poderão usar monitores cutâneos que assinalam arritmias perigosas em tempo real, ao mesmo tempo que próteses começam a detectar o toque.

Finalmente, a área consegue perseguir estas utilizações com hardware que se move como o corpo se move.