Multímetros analógicos ou digitais de baixo custo são sensíveis o suficiente para detectar mudanças na resistência da pele de seres vivos, especialmente humanos, e até mesmo mudanças em um meio, ou ambiente, onde um ser vivo é colocado.
Este capítulo descreve uma série de aplicações e experimentos onde um multímetro comum pode ser usado para detectar a atividade biológica de seres vivos. O leitor pode usar este multímetro para monitorar mudanças no ambiente, usando a criatura como um sensor vivo. Outras aplicações incluem estudos sobre o comportamento de muitas criaturas e até mesmo estresse ou outros estados mentais na vida dos humanos.
O ponto importante a ser levantado neste capítulo é que mesmo um multímetro de custo muito baixo pode ser usado em muitas aplicações interessantes, sem a necessidade de peças adicionais difíceis de encontrar ou caras.
O projeto
Muitas atividades biológicas incluem mudanças elétricas. Mudanças de resistência, geração de potencial elétrico, ou mesmo produção de sinais elétricos ou de corrente, como no caso dos peixes elétricos, são exemplos dessas mudanças. Algumas dessas mudanças também são fortes o suficiente para serem detectadas até mesmo por um multímetro comum, como os encontrados em supermercados para fazer testes de uso geral em sua casa ou carro (consulte a Figura 1).
Tipos digitais são mais caros, mas também podem ser usados nos mesmos experimentos. A Figura 2 mostra um multímetro digital que pode ser usado com as mesmas finalidades do multímetro analógico.
Usando qualquer um desses multímetros, podemos detectar pequenas mudanças de resistência em sistemas vivos ou a geração de baixas tensões. Baixas tensões a partir de uma fração de volt e resistências com uma grande faixa de valores podem ser medidas usando esses medidores.
A sensibilidade de multímetros de baixo custo também pode ser aumentada com alguns componentes externos, como transistores que atuam como amplificadores. A outra possibilidade, explorada aqui, é adicionar um sensor ao multímetro para fazer a interface de ambos com o sistema biológico em estudo. Resistores dependentes de luz (LDRs), transistores e sensores de pressão podem ser conectados ao multímetro, agindo como transdutores. Eles podem converter outras magnitudes físicas, como luz, cor, temperatura ou pressão em eletricidade medida pelos multímetros.
Também é possível adicionar alguns circuitos eletrônicos para converter magnitudes e aumentar a sensibilidade para detectar outros fenômenos biológicos. Amplificadores operacionais e até mesmo transistores podem realizar essas tarefas, conforme descrito na próxima seção.
Experimentos Biônicos
Usando o multímetro e alguns acessórios como parte eletrônica do projeto, a parte biológica pode ser qualquer ser vivo ou sistema biológico:
• Bioatividade de microrganismos
• Sentindo a presença de vida
• Observação de batimento cardíaco
• Detector de respiração
• Sensor de temperatura
O multímetro e suas características
Multímetros analógicos comuns podem detectar tensões de até 0,1 volts (100 milivolts) e resistências com uma grande faixa de valores. Multímetros com sensibilidades de 5,0 (X) ou 10.000 ohms por volt também estão disponíveis, mas são mais caros.
A sensibilidade em ohms por volt expressa a quantidade de resistência introduzida pelo multímetro quando conectado a um corpo de prova. Por exemplo, ao usar um multímetro com uma sensibilidade de 1, ((X) ohms por volt na escala de 1 a 1,5 volts, isso representa uma resistência de 1,5 (X) ohms em paralelo com o circuito medido, conforme mostrado na Figura 3.22.3.
Esta resistência drena a corrente do circuito, causando uma queda de tensão ou mudança na tensão real a ser medida. Quanto menos corrente for drenada, melhor será o multímetro, pois menor será a alteração que ele causará na tensão a ser medida.
Como as correntes biológicas são muito baixas, representando fontes com altas resistências internas, a presença de um multímetro comum normalmente mudará as tensões reais que estão sendo medidas. Isso ocorre porque, por mais alta que seja a sensibilidade do multímetro, ele é melhor para experimentos biológicos. No entanto, essas limitações não impedem o uso de multímetros de baixo custo em muitos experimentos diferentes. Este capítulo irá explicar como aumentar a sensibilidade e como usá-la em experimentos ou aplicações onde a baixa sensibilidade não é uma limitação.
Outro ponto a observar é que, além das escalas de tensão do multímetro, também podemos medir resistências. As mudanças na resistência de um espécime podem revelar muitas coisas sobre ele. Para medir as resistências, o multímetro aplica uma tensão e mede o fluxo de corrente através dela, como mostra a Figura 4.
Nesse caso, a sensibilidade do multímetro é a mais alta e a corrente que flui pela amostra é a mais baixa. Baixas correntes são altamente desejáveis porque não causam mudanças no sujeito biológico.
O que acontece é que quando uma corrente flui em um ser vivo, dentro das células de um espécime, causa efeitos galvânicos ou reações químicas que alteram o espécime. O resultado é que, se a corrente for aplicada por longos intervalos de tempo, o corpo de prova pode morrer.
Além disso, os multímetros digitais são muito mais sensíveis do que os multímetros analógicos. Os multímetros digitais têm uma impedância de entrada muito alta (22M), o que significa que eles introduzem uma alteração muito baixa ou nenhuma no circuito sendo analisado. Os multímetros analógicos também são incapazes de detectar mudanças rápidas nas correntes ou tensões devido ao fato de que a taxa de amostragem costumava adquirir dados na forma analógica não é rápida o suficiente. Isso significa que alguns experimentos descritos neste capítulo não podem ser realizados com multímetros analógicos.
De modo geral, os medidores digitais possuem alta impedância e introduzem baixas variações na tensão medida; multímetros analógicos são dispositivos de baixa impedância e introduzem mudanças na tensão a ser medida.
Os projetos
A maioria dos projetos a seguir usa multímetros de baixo custo. Em alguns casos (conforme indicado no projeto), recomendam-se multímetros mais sensíveis, assim como multímetros digitais.
A precisão do projeto ou experimento depende de vários fatores além do multímetro, como o espécime biológico, a habilidade do leitor e as condições locais e imprevisíveis. Embora o autor tenha o cuidado de apontar quando materiais e substâncias nocivas são usados. Certifique-se de evitar o contato com a pele e os olhos ao usar esses materiais.
Bioatividade de Microorganismos
Mudanças na transparência de uma cultura de microrganismos podem ser detectadas facilmente usando um multímetro e um LDR, conforme mostrado na Figura 5.
Este princípio foi usado em uma das primeiras expedições a Marte. Alimentos para microrganismos foram colocados em um líquido. Se existisse vida em Marte, os microrganismos comeriam e se reproduziriam no líquido, mudando sua transparência. Um sensor e uma fonte de luz foram usados para medir essas mudanças e enviar as informações de volta para a Terra.
O multímetro para este experimento será ajustado a uma escala de resistência de acordo com o nível de luz usado. O gênio do mal deve experimentar para encontrar a melhor escala de luz a ser usada.
Outros experimentos envolvendo mudanças na transparência e cor podem ser feitos usando a mesma configuração. Filtros de luz e polarizadores também podem ser usados para realizar experimentos envolvendo substâncias orgânicas associadas à atividade biológica.
Observação de pulsação cardíaca
O LDR e uma fonte de luz posicionada conforme mostrado na Figura 6 podem monitorar um batimento cardíaco.
O coração atua como uma bomba, forçando o sangue a fluir pelo sistema circulatório. Um processo que produz ondas de sangue, propagando-se pelos vasos e mudando a transparência das partes dos vasos onde a pressão é alta, faz sua ação.
Assim, usando uma fonte de luz e um sensor de luz, conforme mostrado na figura, podem ser detectadas pequenas alterações na transparência devido às ondas sanguíneas. Pequenas oscilações captadas por um multímetro indicarão quais ondas estão associadas ao batimento cardíaco. O projeto é fundamental porque nenhuma luz externa pode interferir no sensor e a escala ideal deve ser experimentada de acordo com a fonte de luz.
Detector de Respiração
Quando o ar entra em nossos pulmões, ele está frio, mas quando expelimos esse ar, ele está quente. Podemos detectar uma respiração de pela diferença de temperatura entre o ar que entra e o ar expelido.
O sensor é um diodo comum que possui uma resistência inversa que depende da temperatura. Como a corrente é muito fraca para ser medida pelo multímetro, o sensor feito por um diodo deve ter um transistor para fins de amplificação.
O circuito completo para um detector de ar quente é mostrado na Figura 7. A escala é a mais alta para o multímetro (ohms x 1 k ou ohms x 10 k).
Testar e usar é muito fácil; apenas respire no sensor. O multímetro indicará uma queda rápida na resistência. Depois de esperar alguns segundos, a resistência aumentará novamente porque o sensor agora está retornando à temperatura original.
Como um sensor de temperatura, o dispositivo pode ser usado para detectar bioatividade. A fermentação, a decomposição da matéria orgânica e outros fenômenos associados às atividades biológicas normalmente são acompanhados por mudanças de temperatura. O multímetro com sensor de temperatura, como o descrito aqui, pode ser usado para monitorar essas mudanças.
Um fato importante a ser considerado ao usar o multímetro é que o sensor pode ser colocado longe do indicador. O multímetro pode ser conectado ao sensor por cabos de até 100 metros de comprimento.
No entanto, multímetros digitais não são adequados para alguns dos experimentos descritos aqui porque eles não usam uma fonte de alimentação com corrente suficiente para alimentar os sensores. Sua impedância é muito alta e, em alguns casos, as mudanças nas magnitudes medidas não são detectadas com a rapidez necessária para a aplicação.
