Bio-controle

Escrito por Newton C. Braga

São muitos os leitores que gostam de realizar experimentos envolvendo eletrônica com outras ciências como a química, biologia, etc. O circuito que descrevemos neste artigo presta-se justamente a este tipo de aplicação e pode servir de base para excelentes trabalhos escolares, trabalho de apoio (tema transversal) para disciplinas do ensino fundamental e médio. Trata-se de um motor que pode ser controlado pela resistência da pele de uma pessoa.

A pele humana é condutora de eletricidade. Se assim não fosse não levaríamos choques ao tocar num fio desencapado.
Mais ainda, a resistência que ela apresenta depende de diversos fatores como a sua umidade, espessura, etc. Na figura 1 mostramos como é possível usar um simples multímetro para medir a resistência que uma pessoa apresenta quando segura suas pontas de prova.





Veja que trata-se da "resistência elétrica" e ela não é um valor absoluto: depende além dos fatores citados, da força com que a pessoa aperta os eletrodos e da superfície de contacto com ele.
Os professores de física e biologia podem explicar tudo isso aos seus alunos quando forem usar esta montagem numa aula prática ou como base para um trabalho.
No entanto, a corrente que pode passar pelos nossos dedos quando seguramos dois fios é muito pequena, a não ser que a tensão seja muito alta, mas aí teremos o perigo do choque! Essa corrente é insuficiente para alimentar qualquer dispositivo elétrico ou eletrônico comum como uma lâmpada, motor, etc.
Entretanto, usando circuitos eletrônicos amplificadores podemos aumentar essa corrente e usá-la para controlar os mais diversos dispositivos como, por exemplo, um motor.
É justamente isso que faremos com o nosso projeto: com três transistores, aumentaremos a corrente que circula pelos nossos dedos quando tocamos em dois fios a ponto dela poder alimentar um pequeno motor.
Um ventilador, disco de Newton ou outro pequeno automatismo pode então ser acionado a partir da corrente que circula pelo seu corpo, conforme mostra a figura 2.




Mas, atenção! Não é a corrente que circula pelos seus dedos que alimenta o motor. A corrente que circula pelos seus dedos é muito fraca e serve apenas para controlar o circuito quen alimenta o motor. A energia para este processo bem das pilhas.

Como Funciona
A corrente que circula entre os pontos X1 e X2 do circuito passa justamente pelo corpo da pessoa que segura esses eletrodos.
Essa corrente polariza o transistor Q1 que amplifica essa corrente e a aplica em Q2 onde ela recebe nova amplificação. A corrente obtida no coletor de Q2, entretanto, ainda é insuficiente para se acionar um motor com toda sua pot6encia.
Usamos então o transistor Q3 que dá a amplificação final à corrente que atinge então um valor milhares de vezes maior do que a corrente original que passou entre X1 e X2.
O circuito pode funcionar com motores até 1 A de corrente o que significa uma boa potência! No nosso caso, sugerimos a utilização de um motor pequeno, como os encontrados em brinquedos alimentados por pilhas.
Mas não é apenas controlando um motor pelo toque dos dedos que podemos usar este circuito. Veja no item "experiências" o que mais podemos fazer de interessante para ilustrar aulas de biologia, física e química usando este circuito.

Montagem
Na figura 3 damos o diagrama completo do nosso Bio-Controle.



Na figura 4 damos a montagem do circuito usando uma pequena placa de circuito impresso.



Os leitores que desejarem também não terão dificuldades em implementar esta montagem numa matriz de contactos.
Se o motor usado exigir uma corrente maior do que 500 mA será conveniente montar o transistor Q3 num pequeno radiador de calor. Esse radiador nada mais é do que uma chapinha de metal dobrada em U ou L e parafusada, no furo que este componente tem para esta finalidade.
Os eletrodos podem ser duas chapinhas de metal ou ainda a ponta de dois fios descascados onde a pessoa deve tocar com os dedos ao mesmo tempo, conforme mostra a figura 5.



A alimentação do circuito pode ser feita com 4 pilhas pequenas ou médias dependendo do tamanho do motor.
Nunca use uma fonte de alimentação que não seja isolada da rede de energia (fonte sem transformador), pois o contacto elétrico direto com a alta tensão pode causar violentos choques.

Prova
Para provar o Bio-Controle basta tocar com os dedos nos sensores X1 e X2. O motor deve ser acionado imediatamente. Tirando os dedos dos sensores o motor deve parar.
Como o consumo do aparelho é muito baixo quando o motor não está acionado (condição de espera), o circuito pode ficar ligado por longos intervalos de tempo. Se o leitor quiser pode até omitir S1.

Experiências
a) Resistência da pele
Essa é a experiência básica em que fazemos a pessoa tocar nos sensores ao mesmo tempo e verificar que a corrente que passa através de seu corpo é suficiente para acionar o circuito.
Podemos ir além fazendo com que diversas pessoas formem uma roda dando-se as mãos e tocando nos sensores, conforme mostra a figura 6.



Mesmo sendo a resistência total desse "circuito" da ordem de milhões de Ω, o amplificador com os três transistores tem ganho suficiente para aumentar a fraquíssima corrente circulante a ponto dela alimentar o motor normalmente.
Veja qual é o maior número de pessoas que pode formar a roda e ainda assim o motor ser acionado.

b) Sensor de umidade
Montando o sensor mostrado na figura 7 podemos fazer com que o motor atue pela presença de umidade ou mesmo água. Uma gota de água que caia no sensor é suficiente para fazê-lo conduzir a corrente e disparar o motor.




Se o motor for o de uma pequena bomba d'água, conforme mostra a figura 8 e o sensor formado por duas varetinhas de metal, enquanto a água molhar o sensor, a bomba funcionará no sentido de retirar a água do reservatório.



O sensor para água ou umidade é um pedaço de tecido poroso e um pouco de sal melhora sua sensibilidade.

c) Condutividade de soluções
Colocando água pura num copo e o sensor mostrado na figura 9, o motor não funcionará (a água da chuva ou torneira contém uma pequena quantidade de sais que a torna condutora - deve ser usada água destilada).




Para diminuir a sensibilidade se mesmo com água destilada o motor funcionar basta ligar um resistor de 1 M Ω entre o ponto X2 e o negativo da alimentação (pilhas).
Quando dissolvemos na água uma pequena quantidade de qualquer sal, ácido ou base, o líquido se torna condutor e o motor é ácionado.

d) Alarme de toque
Ligando o terminal de sensor X1 à terra e deixando X2 livre, basta um toque apenas em X2 para que o motor seja acionado, conforme mostra a figura 10.



Veja que, ligando o circuito dessa forma, a corrente circula pelo corpo da pessoa através da terra.
Podemos usar essa configuração tanto para acionamento do motor com toque único como para usá-lo como alarme. Ligando em série com o motor um pequeno alto-falante ele produz um som de sirene ao ser acionado.
O sensor pode ser uma placa de metal ou ainda o fio ligado a um objeto metálico que seja isolado da terra. Para controlar a sensibilidade, caso ela tenda a disparar sem motivo, basta ligar um potenciômetro de 1 M Ω entre o emissor de Q1 e o negativo dda alimentação.
O fio que vai ao sensor não pode ter mais do que 2 metros de comprimento. Se for maior, ele tende a funcionar como uma antena captando o ruído da rede de energia e disparando o motor de forma errática.

Outros Experimentos e Temas Transversais
Além dos experimentos descritos o professor e o aluno criativos podem imagin ar outros. Como temas transversais o circuito pode ser incorporado aos seguintes assuntos curriculares do ensino fundamental e médio:
a) Resistência elétrica
b) Choque elétrico
c) Transformações de energia
d) Controles de energia
e) Condutividade química
f) Circuito aberto e circuito fechado
g) Medida da intensidade de uma corrente
h) Conceito de amplificação
i) Princípios de automação


Lista de Materiais:

Semicondutores:
Q1, Q2 - BC548 ou equivalente - transistores NPN de uso geral
Q3 - TIP32 ou equivalente - transistor PNP de potência
D1 - 1N4148 - diodo de uso geral

Resistores: (1/8 W, 5%)
R1 - 10 k Ω - marrom, preto, laranja
R2 - 47 Ω - amarelo, violeta, preto

Capacitor:
C1 - 470 µF x 12 V - eletrolítico

Diversos:
S1 - Interruptor simples
M1 - Motor de 6 V - 100 a 500 mA
B1 - 6 V - 4 pilhas pequenas ou médias
X1, X2 - sensores - ver texto
Placa de circuito impresso, suporte de pilhas, caixa para montagem, fios, solda, etc.



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