Eletrônica

Leve e discreta, antena têxtil é tecnologia para ser vestida

Com informações da USP -  06/02/2018

Antena com fenda associa operação em banda larga e facilidade de fabricação em tecnologia têxtil. [Imagem: Marcos Santos/USP]

Antenas para roupas

Engenheiros da USP criaram antenas feitas com tecidos com um amplo leque de aplicações.

Essa tecnologia de vestir, projetada para ser colocada em roupas e uniformes, melhora a recepção de sinais de internet sem fio, GPS e, se as antenas forem conectadas a sensores, permitem 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 -, tendo em sua face superior 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 irradie sinais eletromagnéticos na direção do corpo do usuário.

"O tecido do substrato é o denim, o mesmo usado nas calças jeans, um material de fácil acesso e de alta resistividade," explicou a professora Fátima Salete Correra. "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."

Protótipos de antenas de tecido

O primeiro desafio da pesquisa foi caracterizar os materiais têxteis da antena adequados para a operação em frequências de micro-ondas. Para serem práticas, elas precisariam ser feitas com materiais disponíveis no comércio, de baixo custo, além de resultarem em um produto leve e discreto.

"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," contou o pesquisador Marcus Grilo, responsável pela construção das antenas de vestir. "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."

O primeiro protótipo é 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 à frequência desejada em condições habituais de uso nas roupas, curvada e interagindo com o corpo," afirma o engenheiro.

Os ilhoses servem para conectar camadas metálicas do substrato da antena de banda dupla. Mas o conector mostra que uma tecnologia realmente de vestir exigirá novos padrões de conexão. [Imagem: Marcos Santos/USP]

Outro protótipo foi projetado para operar em 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," contou Marcus.

O protótipo mais recente é uma antena para banda larga, para a banda ISM de 5,8 GHz, em que o sinal é irradiado por uma fenda em formato de U inserida no radiador.

Aplicações das antenas têxteis

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 corporais sem fios'. Em resumo, são sistemas vestíveis, que podem ser utilizados no corpo todo, com aplicações militares, médicas e civis," contou Fátima.

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 por meio da 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 iminente."

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," vislumbra Fátima. "Por fim, a antena têxtil permitiria a melhoria do sinal das redes sem fio (WiFi) em áreas de sombra".