Por meio de impressora 3D, pesquisadores criaram uma cápsula para envolver as fibras usadas em sensores de gases e deixá-las mais resistentes.

Texto: Rebecca Crepaldi | Fotos: Pedro Amatuzzi-Inova Unicamp

Os anúncios de ‘internet por fibra óptica’ já estão tão popularizados, que ninguém mais se pergunta o que é esse material. A fibra óptica é uma estrutura maciça de vidro composta por uma parte externa, a casca, e uma interna, o núcleo. Ela comumente é utilizada para as telecomunicações, onde o intuito é transmitir luz de um ponto a outro com o mínimo de perda no caminho. Mas, o que poucos conhecem é que ela também pode ter outras aplicações, como no sensoriamento de gases. Contudo, para ser utilizada nessa área, ela precisa ter seu tamanho reduzido, o que a torna fina e muito frágil.

Foi pensando justamente em proteger as fibra ópticas em situações em que estas são afinadas, por exemplo, em contextos de sensoriamento de gases, que um grupo de cinco pesquisadores do Instituto de Física “Gleb Wataghin” (IFGW-Unicamp) desenvolveu um dispositivo para encapsular as fibras e dar a elas mais robustez. “Esse encapsulamento atua nessa fragilidade, porque você coloca essa fibra dentro de uma cápsula e essa cápsula ainda pode ser permeável ao gás que você quer medir. Então do ponto de vista da fibra, ela está protegida”, explicou um dos inventores, o pós-doutorando em física Jonas Henrique Osório.

A cápsula é feita de material polimérico e impressa em uma impressora 3D que, segundo o pesquisador, por serem estruturas de uso comercial, tornam a invenção barata e de fácil acesso. “São materiais muito baratos. A fibra óptica é produzida em quilômetros por dia, custa centavos de dólar por metro”, disse.

Além do custo-benefício, outra vantagem do estudo é que os pesquisadores também desenvolveram o método de encapsulamento, que consiste em um processo de colagem da fibra dentro da estrutura, o que facilitaria para a indústria, que já poderia adquirir o material completo. Esse trabalho, de encapsulamento com impressora 3D em fibras ópticas afinadas, é o primeiro a ser realizado na área. O dispositivo ainda não está disponível no mercado, mas a tecnologia pode ser licenciada por empresas interessadas no desenvolvimento de um produto para o mercado.

“No fim, o que você tem é um tijolinho com uma fibra dentro. Se alguém quiser utilizar isso, não precisa ter todo um treinamento de laboratório de como lidar com uma fibra tão fina, não precisa ser uma pessoa que é experiente, ela simplesmente vai ter uma fibra com uma cápsula”, comentou Osório.

Além do pesquisador, o estudo teve a participação do professor e coordenador do Laboratório de Fibras Especiais & Sensores Ópticos (LaFE) da Unicamp, Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro, e dos alunos de Iniciação Científica, Kaleb Roncatti de Souza, e Beatriz Mota Lima, além da doutora Juliana Barros Carvalho.

Com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), os resultados foram publicados em forma de artigo no periódico Photonic Sensors. A tecnologia da Unicamp foi analisada e protegida pela Agência de Inovação Inova Unicamp, com depósito de patente no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI) e está disponível no Portfólio de Patentes da Universidade.

Afinamento da fibra

Para que as fibras ópticas possam ser utilizadas no sensoriamento de gases, é preciso realizar um pós-processamento onde a fibra é afinada, reduzindo seu tamanho de 125 micrômetros de diâmetro para, tipicamente, 1 a 3 micrômetros . Essas fibras afinadas são, em inglês, chamadas de tapers. “É muito mais fino do que um fio de cabelo, o que a torna muito útil, mas frágil”, comentou o pesquisador. Esse processo é feito porque, ao contrário das telecomunicações, onde o objetivo é que não haja perturbação ao longo do caminho da luz, a utilização para medir gás exige que essa luz interaja com o meio externo justamente para captar o que está ao redor.

“No sensoriamento, você quer que a sua fibra ‘veja’ o exterior, você quer que ela seja sensível a algum parâmetro de interesse e que você reconheça isso na resposta óptica da fibra. Mas de modo controlado, porque se ela for sensível a tudo – se vibrar, ela sentir, se mudar a temperatura, ela sentir – aí você nunca sabe o que está acontecendo. Então uma das pontas da fibra está ligada a uma fonte óptica, que pode ser um laser ou um led, e do outro lado há um equipamento de medida, como um fotodetector”, disse Osório.

Entretanto, apesar de necessário, o processo de afinamento das fibras faz com que elas fiquem vulneráveis à degradação por inúmeros fatores, dentre eles a umidade. Como explica o pesquisador, se a fibra ‘nua’ é colocada em um ambiente muito úmido, as gotículas de água vão grudar nela e vão degradar o sinal muito rapidamente. Com a cápsula,  a água não vai chegar diretamente na fibra ou seu acesso será reduzido. Além disso, pelo fato dessa umidade ser em menor quantidade, se a fibra parar de funcionar, é possível realizar algum tipo de procedimento para que essa água evapore e o sistema volte a funcionar.

Adaptabilidade 

A pesquisa, ao longo de seu um ano de desenvolvimento, também encontrou uma forma de adaptar a cápsula para fins diversos. “Essa cápsula pode ser feita completamente sólida, se você não quer que ela veja nada do meio externo, ou porosa para permitir que o gás entre, mas mantendo a robustez do sistema”, comentou Osório. Com isso, o interessado em utilizar o material pode imprimir a cápsula com poros maiores ou menores, para controlar a medição.

Outra vantagem da adaptação, segundo o pesquisador, é que a fibra dentro da cápsula não necessariamente precisa ser um taper e a aplicação não necessariamente precisa estar restrita ao caso de sensoriamento de gases. Caso alguém tenha interesse em fazer sensoriamento biológico, por exemplo, eventualmente em outro tipo de fibra óptica que possua esse tipo de funcionalidade poderia ser utilizado.

Transferência de tecnologia

A tecnologia de encapsulamento de fibra óptica faz parte do Portfólio de Tecnologias da Unicamp e pode ser licenciada por empresas públicas ou privadas e outros institutos de pesquisa para aplicação comercial, científica e desenvolvimento complementar. O contato e negociação são realizados diretamente com a Inova Unicamp por meio do formulário de Prospecção ou Licenciamento. Além do acesso a tecnologias de ponta, a transferência de tecnologia reduz riscos associados ao desenvolvimento de novos produtos e processos inovadores e colabora para o desenvolvimento socioeconômico baseado no conhecimento científico.

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