Navegação GPS de realidade aumentada em uma lente de contato inteligente – feita com impressora 3D!

A principal tecnologia de processo de impressão 3D para lentes de contato inteligentes que pode implementar navegação baseada em realidade aumentada (AR) foi desenvolvida pela equipe de pesquisa de impressão 3D inteligente do Dr. Seol Seung-Kwon no Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) e pelo professor Lim-Doo Jeong. equipe do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan (UNIST).

Uma lente de contato inteligente é um produto fixado ao olho humano como uma lente normal e que fornece diversas informações. A pesquisa sobre as lentes está sendo conduzida principalmente para diagnosticar e tratar a saúde. Recentemente, o Google e outros estão desenvolvendo lentes de contato inteligentes para monitores que podem implementar AR. Ainda assim, existem muitos obstáculos à comercialização devido a graves desafios técnicos.

Imagem mostrando fenômeno meniscal. Crédito: Instituto de Pesquisa em Eletrotecnologia da Coreia

Na implementação de AR com lentes de contato inteligentes, eletrocrômicas⁽¹⁾ monitores que podem ser acionados com baixa potência são adequados, e a cor “Azul da Prússia Puro”, com alta competitividade de preços e rápido contraste e transição entre cores, está chamando a atenção como material da lente. Porém, no passado, a cor era revestida no substrato na forma de um filme usando o método de galvanização elétrica.⁽²⁾o que limitou a produção de displays avançados que podem expressar diversas informações (letras, números, imagens).”

A conquista do KERI-UNIST reside no fato de ser uma tecnologia que pode realizar AR imprimindo micropadrões em uma tela de lente usando uma impressora 3D sem aplicar tensão. A chave é o menisco da tinta usada. O Menisco é um fenômeno no qual uma superfície curva se forma na parede externa sem que as gotas de água estourem devido à ação capilar quando as gotas de água são suavemente pressionadas ou puxadas com uma certa pressão.

A cristalização do FeFe(CN)6 ocorre no substrato em uma região confinada pelo menisco, formando o padrão uniforme. O padrão FeFe(CN)6 é convertido em PB (Fe4(Fe(CN)6)3) via redução térmica. Crédito: Instituto de Pesquisa em Eletrotecnologia da Coreia

O azul da Prússia é cristalizado através da evaporação do solvente no menisco formado entre o microbocal e o substrato. O menisco da tinta ácido-ferricianeto férrico é formado no substrato quando o microbico cheio de tinta e o substrato entram em contato. A cristalização heterogênea de FeFe(CN)6 ocorre no substrato dentro do menisco por meio de reações espontâneas dos íons precursores (Fe3+ e Fe(CN)3-) à temperatura ambiente. Simultaneamente, a evaporação do solvente ocorre na superfície do menisco. Quando a água evapora do menisco, as moléculas de água e os íons precursores movem-se em direção à superfície do menisco por fluxo convectivo, gerando um acúmulo preferencial dos íons precursores na parte externa do menisco. Este fenômeno induz a cristalização de FeFe (CN) 6 com borda aprimorada; isso é crucial para controlar os fatores que influenciam a cristalização do FeFe(CN)6 na etapa de impressão para obter padrões PB impressos uniformemente em um substrato. Assim como na galvanoplastia convencional, o substrato deveria ser um condutor quando a tensão era aplicada, mas uma grande vantagem da utilização do fenômeno do menisco é que não há restrição quanto ao substrato que pode ser utilizado porque a cristalização ocorre por evaporação natural do solvente .

A imagem apresenta um esquema do display EC baseado em PB com função de navegação em lentes de contato inteligentes AR que mostra direções até o destino para um usuário no display EC, recebendo coordenadas GPS em tempo real. Crédito: Instituto de Pesquisa em Eletrotecnologia da Coreia

Através do movimento preciso do bico, a cristalização do azul da Prússia é realizada continuamente, formando micropadrões. Os padrões podem ser formados não apenas em superfícies planas, mas também em superfícies curvas. A tecnologia de micropadrões da equipe de pesquisa é muito fina (7,2 micrômetros) e pode ser aplicada em telas de lentes de contato inteligentes para AR, e a cor é contínua e uniforme.

A principal área de aplicação esperada é a navegação. Simplesmente usando uma lente, a navegação se desenrola diante dos olhos de uma pessoa por meio de AR. Jogos como o popular ‘Pokemon Go’ também podem ser desfrutados com lentes de contato inteligentes, não com smartphones.

Seol Seung-Kwon da KERI disse: “Nossa conquista é o desenvolvimento de tecnologia de impressão 3D que pode imprimir micropadrões funcionais em substrato não planejador que pode comercializar lentes de contato inteligentes avançadas para implementar AR”. Ele acrescentou: “Isso contribuirá muito para a miniaturização e versatilidade dos dispositivos AR”.

Imagem da capa da Advanced Science A microimpressão do azul da Prússia guiada por menisco é realizada pela cristalização localizada de FeFe (CN) 6 no substrato confinado pelo menisco de tinta e pela redução térmica do FeFe (CN) 6 cristalizado. Esta estratégia é capaz de ser usada como um display eletrocrômico para fornecer instruções em tempo real em um dispositivo de lentes de contato inteligentes de realidade aumentada (AR). Crédito: Instituto de Pesquisa em Eletrotecnologia da Coreia

Os resultados da pesquisa relacionada foram publicados recentemente como um artigo de capa na revista Ciência Avançada (IF 17.521/JCR 4.71%), revista acadêmica de renome mundial na área de ciência dos materiais, em reconhecimento à sua excelência.

A equipe de pesquisa acredita que esta conquista atrairá muita atenção de empresas relacionadas a baterias e biossensores que exigem micropadronização do azul da Prússia, bem como do campo AR, e planeja encontrar empresas de demanda relacionadas e promover a transferência de tecnologia.

Enquanto isso, o KERI é um instituto de pesquisa financiado pelo governo, subordinado ao Ministério da Ciência e ao Conselho Nacional de Pesquisa para Ciência e Tecnologia das TIC. Seol Seung-Kwon também é professor no campus KERI da Universidade de Ciência e Tecnologia (UST).

Notas

1. Eletrocromismo: fenômeno em que a cor de uma substância muda reversivelmente devido a uma reação eletroquímica.
2. Chapeamento é o processo de aplicação de uma fina camada de outro metal para melhorar a condição da superfície de um objeto. Neste processo, se for utilizada energia elétrica, ela é chamada de 'galvanoplastia', e se as reações químicas forem utilizadas sem eletricidade, é chamada de 'galvanoplastia'. Particularmente a galvanoplastia é usada principalmente na produção de joias, como anéis.

Referência: “Microimpressão guiada por menisco de azul da Prússia para exibição eletrocrômica inteligente” por Je Hyeong Kim, Seobin Park, Jinhyuck Ahn, Jaeyeon Pyo, Hayeol Kim, Namhun Kim, Im Doo Jung e Seung Kwon Seol, 28 de novembro de 2022, Ciência Avançada.
DOI: 10.1002/advs.202205588