Piel electrónica prometedora

Un material que imita la piel humana en cuanto a su resistencia, elasticidad y sensibilidad podría utilizarse para recoger datos biológicos en tiempo real. La piel electrónica, o e-skin, puede jugar un papel importante en la próxima generación de prótesis, medicina personalizada, robótica blanda e inteligencia artificial.

"La e-skin ideal imitará las muchas funciones naturales de la piel humana, como la percepción de la temperatura y el tacto, con precisión y en tiempo real", dice el postdoctorado de KAUST, Yichen Cai. Sin embargo, hacer electrónica adecuadamente flexible que pueda realizar tareas tan delicadas y al mismo tiempo soportar los golpes y rasguños de la vida cotidiana es un desafío, y cada material involucrado debe ser cuidadosamente diseñado.

La mayoría de las e-skins se fabrican colocando un nanomaterial activo (el sensor) en una superficie elástica que se adhiere a la piel humana. Sin embargo, la conexión entre estas capas suele ser demasiado débil, lo que reduce la durabilidad y la sensibilidad del material; alternativamente, si es demasiado fuerte, la flexibilidad se limita, lo que hace más probable que se agriete y rompa el circuito.

"El paisaje de la electrónica en la piel sigue cambiando a un ritmo espectacular", dice Cai. "La aparición de los sensores 2D ha acelerado los esfuerzos para integrar estos materiales atómicamente finos y mecánicamente fuertes en pieles artificiales funcionales y duraderas".

Un equipo dirigido por Cai y su colega Jie Shen ha creado ahora una piel electrónica duradera utilizando un hidrogel reforzado con nanopartículas de sílice como sustrato fuerte y elástico y un MXene de carburo de titanio en 2D como capa de detección, unido con nanohilos altamente conductores.

La piel electrónica de KAUST. (Foto: © 2020 KAUST)

"Los hidrogeles son más del 70 por ciento agua, lo que los hace muy compatibles con los tejidos de la piel humana", explica Shen. Al estirar previamente el hidrogel en todas las direcciones, aplicando una capa de nanohilos y controlando cuidadosamente su liberación, los investigadores crearon vías conductoras hacia la capa del sensor que permanecieron intactas incluso cuando el material fue estirado hasta 28 veces su tamaño original.

Su prototipo de e-skin podía detectar objetos a 20 centímetros de distancia, responder a los estímulos en menos de una décima de segundo y, cuando se utilizaba como sensor de presión, podía distinguir escritura escrita en él. Continuó funcionando bien después de 5.000 deformaciones, recuperándose en un cuarto de segundo cada vez. "Es un logro sorprendente para una e-skin el mantener la dureza después de un uso repetido", dice Shen, "que imita la elasticidad y la rápida recuperación de la piel humana".

Tales e-skins podrían monitorear una serie de informaciones biológicas, como los cambios en la presión sanguínea, que pueden ser detectados a partir de las vibraciones en las arterias, o los movimientos de las grandes extremidades y articulaciones. Estos datos pueden ser compartidos y almacenados en la nube a través de Wi-Fi.

"Uno de los obstáculos que quedan para el uso generalizado de las pieles electrónicas es la ampliación de los sensores de alta resolución", añade el líder del grupo Vincent Tung; "sin embargo, la fabricación de aditivos asistida por láser podría ser algo prometedor".

"Prevemos un futuro para esta tecnología más allá de la biología", añade Cai. "Una cinta de sensores estirable podría algún día monitorear la salud estructural de objetos inanimados, como muebles y aviones". (Fuente: NCYT Amazings)