Publicado originalmente na Nova Eletrônica Nº 1 (Fev/1977), por Gary Gronich.

O que é a Bio-Engenharia?

Sob o título de bio-engenharia, engenharia biomédica, biônica, etc., aflora , aparentemente, uma nova especialização profissional. Tal fato, porém, não é totalmente correto. Embora os nomes sejam realmente fruto do nosso século, a bioengenharia acompanha nossa espécie desde o surgimento como “Homo sapiens”. Cabe, entretanto, destacar os experimentos do anatomista Galvani (1791) e do físico Volta (1800), talvez como a primeira tentativa de se quantificar instrumentalmente um parâmetro fisiológico.

Assim como para um engenheiro diagnosticar em um equipamento eletrônico seu defeito, ou para um médico diagnosticar uma doença qualquer, ambos utilizam sinais-pista detectados pelos seus sentidos básicos. Um ou outro, no entanto, se ressentem da insensibilidade e subjetividade desses sentidos básicos (visão, audição, tato, etc.).

Paralelamente ao desenvolvimento tecnológico da eletrônica, surge a oportunidade de se construírem aparelhos eletrônicos capazes de auxiliarem o médico no diagnóstico, bem como permitirem a quantificação de parâmetros normais e patológicos para os seres vivos. Vale salientar ao leitor que a bioengenharia envolve além da eletrônica os setores de hidráulica, física, física nuclear, química, cibernética, matemática, materiais, etc.

Antes do advento da bioengenharia como especialidade, o desenvolvimento dos equipamentos era feito pelos próprios pesquisadores de biociências, em seus laboratórios.

O avanço da instrumentação biomédica acompanhou de uma forma notável o desenvolvimento da tecnologia eletrônica e, como seria de se esperar, começou a tornar-se altamente sofisticada e difícil de ser desenvolvida por um pesquisador dedicado mais às biociências. Em meio a uma confusa e nem sempre tranquila simbiose de engenheiros e pesquisadores de biociências, há umas duas décadas atrás, surgiu o bioengenheiro, indivíduo altamente especializado tendo como característica o conhecimento de, pelo, menos, uma especialidade em engenharia e uma em biociência, além de possuir uma linguagem que o torna capaz de se comunicar satisfatoriamente com os dois grupos de pesquisadores.

Iniciando uma série de artigos que tem como intenção a divulgação da bioengenharia em nosso meio, desenvolvemos pequenos projetos que, longe de serem equipamentos sofisticados de laboratório, funcionam a contento do experimentador, sendo úteis para professores e alunos demonstrarem, seja em aula ou em exposições de ciências, diversos e importantes fenômenos biológicos, além de terem um custo muito acessível.

Figura-0

Bio-Realimentação

Antes de abordarmos o projeto propriamente dito, cumpre-nos ressaltar com veemência dois fatos:

1º – este projeto, bem como os futuros, tem caráter ilustrativo, não devendo, portanto, ser utilizado para fins terapêuticos;

2º – um dos princípios básicos em bioengenharia consiste em se proteger o indivíduo, que interage com o equipamento, de eventuais danos físicos; todo o equipamento elétrico que entrar em contato com o corpo humano deve ser construído de forma a evitar possíveis choques elétricos. Em vista de serem as fontes de alimentação convencionais, as principais causadoras desse tipo de acidente e, como a montagem de tais fontes, a partir da rede elétrica domiciliar, que preencha aquele princípio básico, é razoavelmente complexa (além de ser muito cara) todos os nossos projetos serão alimentados por baterias; em hipótese alguma deverão ser utilizadas fontes tipo transformador + retificador ou divisores resistivos.

É oportuno alertar ao leitor que se decidir montar e experimentar algum de nossos circuitos fazê-lo seguindo rigorosamente nossas instruções, evitando introduzir modificações ou adaptações. O material que empregamos é de fácil aquisição e nada tem de especial; portanto, não procure equivalentes.

A bio-realimentação consiste em se realimentar instrumentalmente num indivíduo o estado atual de um parâmetro fisiológico normal, sobre o qual o indivíduo não tem informação ao nível coincidente.

Vários são os parâmetros fisiológicos que podem ser realimentados, assim como vários são os meios dessa realimentação. Nosso projeto consiste num circuito eletrônico capaz de medir a resistência da pele e continuamente informar ao indivíduo, através da variação de frequência de um tom audível, as variações dessa resistência.

A escolha da realimentação auditiva prende-se ao fato de ser o ouvido humano muito sensível a variações de frequência, o que simplifica, sobre maneira, o projeto bio-realimentador. Para esta realimentação não é necessário conhecer o valor absoluto da resistência da pele, mas sim seus valores relativos.

O que se pretende com a realimentação é variar “conscientemente” a resistência da pele, para o que será necessário certo treinamento. A maior ou a menor facilidade de se conseguir este intento prende-se à capacidade de cada um em se concentrar e se controlar.

Para a realização da bio-realimentação, devemos permanecer em repouso, uma vez que a atividade física, assim como as variações do estado emocional são acompanhadas de variações da resistência da pele, independente de nossa vontade ou de qualquer realimentação externa.

Os eletrodos deverão ser fixados aos dedos anular e indicador, por meio de fita gomada ou esparadrapo, devendo a mão para tal finalidade usada, ficar também em repouso e numa posição confortável.

Funcionamento

A “alma” do nosso bio-realimentador é um circuito integrado tipo NE555 (fig. 1) conectado como multivibrador astável. A frequência de oscilação depende diretamente dos valores de C1 e da corrente de coletor de Q1, ligado como gerador de corrente; R1 e R2 ligados à sua base formam um divisor resistivo que, juntamente com R3 e R9, determinam a corrente de coletor.

Figura-1

Ao se conectarem os eletrodos, coloca-se a resistência da pele (Rpele) em paralelo com R2, o que altera a frequência do oscilador. Se Rpele aumentar ou diminuir, teremos uma queda ou aumento da frequência de oscilação de Cl1. R8 funciona como controle de volume para Q3, que é o amplificador de potência.

O transistor Q2 está conectado como inversor.

Relação de Componentes

  • R1 – 47 kΩ @ 1/4W
  • R2 – 680 kΩ @ 1/4W
  • R3, R4, R6 – 1 kΩ @ 1/4W
  • R5 – 22 kΩ @ 1/4W
  • R7 – 10 kΩ @ 1/4W
  • R8 – 50 kΩ (potenciômetro linear)
  • R9 – 10 kΩ (trimpot)
  • C1 – 100 ηF (poliéster)
  • C2 – 10 ηF (poliéster)
  • CI1 – NE 555 ou equivalente
  • Q1 – BC 178 (ou equivalente PNP)
  • Q2 – BC 549 (ou equivalente NPN)
  • Q3 – 2N3055 (ou equivalente NPN)
  • Placa de fiação impressa Ref. E1, E2 – Ver texto
  • P1, P2 – Plug banana, macho, miniatura
  • P3, P4 – Plug banana, fêmea, miniatura
  • FTE – alto ·falante (ver texto)
  • Alimentação – 9 V (ver texto)
  • CH1 – interruptor miniatura

Montagem

O bio-realimentador deve ser montado numa placa de fiação impressa cujo projeto é muito simples. É altamente recomendado este tipo de montagem que, além de dar ao dispositivo um aspecto mais atraente, evita a possibilidade de erros de ligações, evidentemente levando-se em consideração ter sido a placa bem feita.

Devem ser tomados os cuidados de praxe, como: atenção na soldagem do circuito integrado, o qual não admite excesso de calor e jamais pode ser ligado invertido; a mesma recomendação é válida para os transistores.

O alto-falante pode ser de qualquer tipo. Para uma maior durabilidade da bateria recomendamos que sua impedância seja superior a 8 ohms.

Quando o bio-realimentador for ligado pela primeira vez, logicamente após cuidadosa verificação das ligações, coloque os cursores de R8 e R9 no centro de suas respectivas pistas. Uma vez alimentado o circuito ouvir-se-á, no alto-falante, uma oscilação. Sem que os eletrodos tenham sido conectados à entrada, a frequência da oscilação deve ser ajustada para alguns Hz variando-se R9. Se, durante o uso do bio-realimentador, desejarmos variar essa frequência de seu funcionamento, bastará um reajuste de R9.

Os eletrodos são feitos de chumbo. Sua confecção não oferece dificuldade (fig. 2). Com um vazador cortamos, de um pedaço de chumbo com cerca de 1 mm de espessura, dois discos com o diâmetro aproximado de 10mm; para isso empregamos lençol de chumbo utilizado pelos encanadores. Numa das superfícies de cada um dos discos soldamos os condutores formados por fio flexível #20 ou #22; essa solda deve ser convenientemente protegida por cola epóxi, o que evitará sua oxidação e lhe conferirá maior rigidez mecânica.

Sempre que o bio-realimentador for usado, deve-se limpar, cuidadosamente, as superfícies dos eletrodos que irão entrar em contato com a pele, pois que devido ao suor e aos ácidos presentes na superfície da pela normal, eles poderão se oxidar, provocando condução deficiente. Para isso serve uma lixa de água, bem fina, ou raspar com uma lâmina.

Eng. Roberto Teixeira
Author: Eng. Roberto Teixeira

Engenheiro de produção, técnico em automação industrial, instrutor técnico, auditor de QHSE, web designer, pesquisador, tradutor técnico, escritor e autor de blogs.

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