Os dispositivos médicos de carregamento biomecânico sem necessidade de bateria, mais próximos graças ao projeto 4DPrinterEN da Izertis
O objetivo principal do projeto 4DPrintEN é o desenvolvimento do processo de fabricação, através da impressão 3D, de dispositivos de baixo consumo portáteis e inteligentes, capazes de gerar diferentes voltagens em resposta a estímulos externos, com a intenção de captar e recolher energia elétrica de forma eficiente.
Assim sendo, foi necessário desenvolver um novo material com propriedades piezoelétricas, ou seja, com uma estrutura capaz de gerar carga elétrica em resposta ao esforço mecânico aplicado e vice-versa.
O desenvolvimento desta nova matéria prima realizou-se durante o primeiro ano de execução do projeto. Em particular, foram obtidos seis modelos experimentais de materiais compósitos poliméricos utilizando uma matriz de dois componentes, composta por PP (polipropileno) e TPU (Poliuretano Termoplástico) e, como reforço, BaTiO3 em pó com um diâmetro inferior a 2 µm em diferentes proporções, nos quais foram efetuadas diferentes análises a fim de selecionar os três modelos mais adequados para o projeto.
Posteriormente, foi desenvolvido o processo de filamentação do material, para o qual foram utilizadas duas técnicas diferentes: injeção e extrusão, com o objetivo de obter 5 tipos diferentes de filamentos de diâmetro constante que poderia ser utilizado para alimentar a impressora 3D.
Uma vez que se trata de um novo material, também houve a necessidade de desenvolver um novo processo de caracterização e impressão 3D. O primeiro passo foi verificar a capacidade de impressão dos materiais em filamento e determinar as temperaturas e velocidades de impressão ótimas para todos eles. Uma vez obtidos os valores com melhores resultados, analisaram-se e estabeleceram-se os restantes parâmetros de impressão relevantes (altura da camada, percentagem e ângulo de enchimento, número de skirts, etc.), ajustando-os para que as peças a fabricar tivessem o melhor acabamento e a maior funcionalidade possível.
Para validar este processo foram fabricados dois tipos de peças, um circuito e uma malha, utilizando os 5 filamentos desenvolvidos, o que também permitiu determinar quais destes filamentos eram os mais aptos para a impressão 3D, já que nem todos se comportam de igual forma, ou permitem fabricar peças da mesma qualidade.
Durante 2021, e até à finalização do projeto em março, as atividades a realizar consistirão na testagem de peças impressas em 3D através da realização de testes piezoelétricos e da elaboração de um plano de exploração de resultados do projeto com base nas conclusões obtidas e a sua possível aplicação em produtos comercializáveis.
Entre as aplicações específicas dos resultados deste projeto 4DPrintEN encontra-se o desenvolvimento de dispositivos médicos que capturam e posteriormente convertem a energia biomecânica em energia elétrica, não necessitando de baterias. Deste modo, os pacemakers seriam carregados por batimentos cardíacos, os implantes cerebrais profundos por impulsos elétricos, os implantes cocleares por vibrações do ouvido interno e os implantes ósseos poderiam estimular a reparação dos tecidos. Outra aplicação possível é o desenvolvimento de têxteis de tecido inteligente ativo e portátil para a regulação térmica baseada na fisiologia.
O consórcio multidisciplinar que atualmente trabalha na prossecução deste objetivo inclui empresas e instituições públicas líderes espanholas e romenas, tais como: a Izertis, o Instituto Nacional de Física e Materiais (NIMP) de Bucareste, a All Green, o Intelectro, a Universidade Técnica Gheorghe Asachi de Iasi e o Centro Tecnológico Idonial.
O 4DPrintEN é um projeto enquadrado dentro do âmbito do programa MANUTET Transnational Call 2018, o qual é possível graças ao financiamento obtido da UEFISCDI na Roménia e IDEPA nas Astúrias.