Leve e discreta, antena têxtil é tecnologia para ser vestida

Em roupas e uniformes, antenas melhoram recepção de sinais e têm aplicações militares, médicas e civis

Por - Editorias: Tecnologia
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Marcos Grilo, pesquisador da Poli, apresenta um dos protótipos de antena têxtil – Foto: Marcos Santos / USP Imagens

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Antenas feitas com tecidos, operando com banda larga em frequências de micro-ondas, são o resultado de pesquisa da Escola Politécnica (Poli) da USP. Feitas com materiais acessíveis, leves e discretas, com dimensões reduzidas e menor custo de produção, as antenas têxteis são uma tecnologia que pode ser vestida, ao ser colocada em roupas e uniformes. Uma vez integradas ao vestuário e conectadas a dispositivos eletrônicos, elas melhoram a recepção de sinais de internet sem fio, localizadores GPS e, se conectadas a sensores, são capazes de transmitir informações médicas, como temperatura do corpo e batimentos cardíacos do paciente, para centros médicos e hospitais.

A antena têxtil é feita com um substrato de tecido dielétrico, que não conduz corrente elétrica, e em sua face superior é fixado o radiador, feito com tecido condutor, projetado para transmitir e receber sinais na faixa de frequências desejada. A face inferior do substrato também é revestida por tecido condutor que atua como uma blindagem, evitando que a antena radie sinais eletromagnéticos na direção do corpo do usuário. “Na pesquisa realizada, o tecido do substrato é o denim, o mesmo usado nas calças jeans, um material de fácil acesso e de alta resistividade”, explica a professora Fátima Salete Correra, coordenadora da pesquisa. “O radiador, que é uma parte metálica da antena, utiliza um tecido de poliéster (tafetá) com 35% de cobre puro, conhecido como PCPTF, sigla em inglês para Pure Copper Polyester Taffeta”.
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Modelo de antena têxtil em que o sinal é radiado por uma fenda em formato da letra U, inserida no radiador – Foto: Marcos Santos / USP Imagens

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Fabricação

O primeiro desafio da pesquisa foi caracterizar os materiais têxteis da antena em frequências de micro-ondas, extraindo os parâmetros necessários para o projeto. “Em seguida, era necessário implantar uma tecnologia de fabricação que envolve o corte dos tecidos e sua fixação através de costura por linha dielétrica (não condutora de eletricidade), processo mais resistente que a colagem”, descreve o engenheiro Marcus Grilo, que desenvolveu os primeiros protótipos em sua pesquisa de doutorado. “Inicialmente, foi feita uma antena de microfita tradicional, com entrada e saída de sinais ligada diretamente ao radiador, para validar a tecnologia de fabricação e servir de base para aprimorar o que já é encontrado internacionalmente”.

Antena com fenda associa operação em banda larga e facilidade de fabricação em tecnologia têxtil – Foto: Marcos Santos / USP Imagens

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No doutorado, foi proposta uma antena de banda larga, para redes sem fio (WiFi e Bluetooth), operando na banda ISM de 2,45 GHz, para aplicações industriais, científicas e militares. “O estudo propõe um circuito de alimentação original para conectar o sinal ao radiador e alargar a banda da antena. Assim, ela atende a frequência desejada em condições habituais de uso nas roupas, curvada e interagindo com o corpo”, afirma o engenheiro. Outra antena projetada no trabalho tem banda dupla (ISM de 2,45 e 5,8 GHz, usadas em WiFi).  “Seu radiador é formado por um quarto de cavidade ressonante em tecnologia SIW  (guia de ondas integrado ao substrato), que ressoa nas duas bandas. As camadas metálicas nos dois lados do substrato precisam ser interligadas, o que foi feito com ilhoses metálicos”.

A pesquisa em antenas têxteis teve continuidade e, após concluir o doutorado, Grilo criou mais uma antena para banda larga, para a banda ISM de 5,8 GHz, em que o sinal é radiado por uma fenda em formato da letra U inserida no radiador. “Essa antena associa operação em banda larga e facilidade de fabricação em tecnologia têxtil”, ressalta.

Ilhoses servem para conectar camadas metálicas do substrato da antena de banda dupla – Foto: Marcos Santos / USP Imagens

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Aplicações

As antenas têxteis são utilizadas em sistemas WBAN, sigla em inglês para Wireless Body Area Network. “Embora não haja um termo específico em português, WBAN pode ser traduzido como ‘Redes de Corpo Sem Fio’. Em resumo, são sistemas vestíveis, que podem ser utilizados no corpo todo, com aplicações militares, médicas e civis”, diz Fátima. De acordo com a professora da Poli, as antenas são fáceis de integrar às roupas e de passarem desapercebidas, podendo ser vistas como simples enfeites. “Além de serem discretas, elas têm baixo peso e menor custo de fabricação. Na área militar, a antena têxtil seria empregada em radiocomunicação, presa por um velcro à farda. Também serviria para captar sinais de sistemas de localização, como o GPS”.

A aplicação médica teria como objetivo transmitir sinais biológicos dos pacientes, como temperatura corporal, pressão arterial e batimentos cardíacos, obtidos por meio de sensores e transmitidos via a antena. “Desse modo, não seria preciso o paciente deslocar-se até o hospital para ser examinado”, explica a professora. “A telemedicina também é importante para monitorar a saúde de pessoas em condições de trabalho adversas. Por exemplo, no combate a incêndios, a medição a distância da temperatura corporal dos bombeiros pode alertar que o calor do ambiente está excessivo, causando risco de vida eminente”.

Outra utilização prevista para antenas têxteis é a identificação por radiofrequência. “Em uma escola infantil, por exemplo, um chip integrado a uma antena bordada com fio condutor no uniforme do aluno acionaria um alarme caso a criança saísse para a rua antes da chegada dos pais”, conta Fátima. “Por fim, a antena têxtil permitiria a melhoria do sinal das redes sem fio (WiFi) em áreas de sombra”.

Mais informações: emails fcorrera@lme.usp.br,com a professora Fátima Salete Correra, e marcus.grilo@usp.br, com Marcus Grilo

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