O sensor de ultrassom vestível oferece tratamento não invasivo com design ajustável e adaptado ao corpo

Sensores de ultrassom vestíveis convencionais têm sido limitados pela baixa potência e baixa estabilidade estrutural, tornando-os inadequados para imagens de alta resolução ou aplicações terapêuticas.

Uma equipe de pesquisa KAIST superou esses desafios desenvolvendo um sensor de ultrassom flexível com curvatura estaticamente ajustável. Esta inovação abre novas possibilidades para dispositivos médicos vestíveis que podem capturar imagens precisas e adaptadas ao corpo e realizar tratamentos não invasivos usando energia de ultrassom.

Como funciona a nova tecnologia de sensores

A equipe de pesquisa liderada pelo professor Hyunjoo Jenny Lee da Escola de Engenharia Elétrica desenvolveu um transdutor ultrassônico microusinado capacitivo (CMUT) “flexível para rígido (FTR)” capaz de transitar livremente entre flexibilidade e rigidez usando um processo de wafer semicondutor (MEMS).

Os resultados são publicado em Eletrônica Flexível npj.

A equipe incorporou uma liga de baixo ponto de fusão (LMPA) dentro do dispositivo. Quando uma corrente elétrica é aplicada, o metal derrete, permitindo que a estrutura se deforme livremente; após o resfriamento, ele solidifica novamente, fixando o sensor no formato curvo desejado.

Vantagens sobre sensores de ultrassom convencionais

Os CMUTs convencionais baseados em membranas poliméricas sofreram com um baixo módulo de elasticidade, resultando em potência acústica insuficiente e pontos focais desfocados durante a vibração. Eles também não tinham controle de curvatura, limitando o foco preciso nas regiões alvo.

A equipe do professor Lee projetou uma estrutura FTR que combina um substrato rígido de silício com uma ponte de elastômero flexível, alcançando alto desempenho de rendimento e flexibilidade mecânica. O LMPA incorporado permite o ajuste dinâmico e a fixação do formato do transdutor, alternando entre os estados sólido e líquido por meio de controle elétrico.

Como resultado, o novo sensor pode focar automaticamente o ultrassom em uma região específica de acordo com sua curvatura – sem a necessidade de componentes eletrônicos de formação de feixe separados – e mantém um desempenho elétrico e acústico estável mesmo após dobras repetidas.

Potencial terapêutico e aplicações futuras

A saída acústica do dispositivo atinge o nível do ultrassom focalizado de baixa intensidade (LIFU), que pode estimular suavemente os tecidos para induzir efeitos terapêuticos sem causar danos. Experimentos em modelos animais demonstraram que a estimulação não invasiva do baço reduziu a inflamação e melhorou a mobilidade em modelos de artrite.

No futuro, a equipe planeja estender essa tecnologia para uma estrutura de matriz bidimensional (2D) – organizando vários sensores em uma grade – para permitir imagens de ultrassom de alta resolução e aplicações terapêuticas simultâneas, abrindo caminho para uma nova geração de sistemas médicos inteligentes.

Como a tecnologia é compatível com processos de fabricação de semicondutores, ela pode ser produzida em massa e adaptada para sistemas de ultrassom vestíveis e de uso doméstico.

Este estudo foi conduzido por Sang-Mok Lee, Xiaojia Liang (co-primeiros autores) e seus colaboradores sob a supervisão da professora Hyunjoo Jenny Lee.