Mascarilla que permite comunicarse mediante el aliento a personas en estado vegetativo

Todos los dispositivos capaces de servir de interfaces persona-máquina, desde teléfonos inteligentes hasta tabletas, han sido de gran ayuda para los pacientes que sufren afasia (la incapacidad de usar el lenguaje hablado) y otros que han visto mermada su capacidad de hablar. Sin embargo, en la mayoría de tales dispositivos no usar el habla implica sustituirla por alguna forma de movimiento físico, como los de los dedos de las manos al pulsar teclas o al señalar opciones de un menú informático. Para quienes no solo han perdido la capacidad de hablar, sino también la de moverse físicamente, estos dispositivos no son de gran ayuda.

Afortunadamente, en los últimos años, los nanogeneradores triboeléctricos han visto aumentar su utilidad práctica para aplicaciones en interfaces persona-máquina.

La triboelectricidad se produce cuando ciertos materiales se cargan eléctricamente al entrar en contacto con otro material. Dar a un peine una carga eléctrica estática al pasarlo por el pelo o frotar un globo hasta que atraiga trozos de papel son dos ejemplos comunes del efecto triboeléctrico.

En las interfaces persona-máquina, los nanogeneradores triboeléctricos actúan como sensores que además se autoabastecen de la energía que necesitan para funcionar. Son extremadamente ligeros, de bajo coste y fáciles de fabricar. Pueden convertir la energía biomecánica de varios tipos de movimiento humano en electricidad. De especial interés han sido los nanogeneradores triboeléctricos fabricados con materiales que generan señales eléctricas cuando son expuestos a los flujos de aire de la respiración.

Estos nanogeneradores triboeléctricos regulados por el aliento se han utilizado hasta ahora para monitorizar la respiración, como alarmas de paro cardíaco o de apnea del sueño, y para controlar algunos dispositivos eléctricos.

El equipo de Yanchao Mao, de la Universidad de Zhengzhou en China, se planteó si los nanogeneradores triboeléctricos regulados por el aliento podrían hacer algo aún más ambicioso...

Incluso los pacientes vegetativos suelen tener la capacidad de respirar por sí mismos. Entonces, ¿podrían utilizarse las diversas características del flujo de aire respiratorio, como la intensidad, la duración, la frecuencia y el ritmo, para transmitir información empleable como lenguaje?

Yanchao Mao y sus colegas construyeron un nanogenerador triboeléctrico regulado por el aliento que actúa como sensor de interfaz persona-máquina para la expresión del lenguaje a través de la respiración humana, y que está integrado en una mascarilla.

Esta mascarilla, no muy distinta en forma de las que hemos llevado para protegernos de la COVID-19, aprovecha la electricidad estática y los nanotubos de carbono para permitir que los pacientes en unidades de cuidados intensivos, en estado vegetativo o que han perdido su capacidad de habla y movimiento físico, se comuniquen con otras personas a través del código Morse.

La nueva mascarilla está diseñada para que los pacientes que han perdido la capacidad de hablar y de ejecutar movimientos corporales puedan comunicarse con el mundo exterior a través del código Morse con solo respirar de la manera adecuada. (Imagen: Nano Research)

El dispositivo utiliza un papel muy fino (apenas 120 micras) impreso con nanotubos de carbono. Este papel se fija en medio de un canal mediante un diminuto hilo de cobre, lo que permite que su otro extremo oscile libremente. Cuando una persona lleva la máscara y el flujo de aire de la respiración atraviesa este canal, el papel impreso con nanotubos de carbono oscila como una bandera en la brisa. La oscilación genera un contacto periódico, seguido de una separación, con la pared del canal. Esta secuencia de contacto y separación produce cargas triboeléctricas.

Las cargas triboeléctricas pueden servir de señales capaces de codificar el lenguaje humano de forma muy parecida a como los telégrafos eléctricos transmitían textos mediante el código Morse en el siglo XIX.

Una vez demostrada la viabilidad del dispositivo, sus creadores quieren ahora perfeccionarlo y dar los pasos necesarios para lograr su viabilidad comercial.

Yanchao Mao y sus colegas exponen los detalles técnicos de su revolucionaria mascarilla en la revista académica Nano Research, bajo el título “3D Printed Triboelectric Nanogenerator as Self-Powered Human-Machine Interactive Sensor for Breathing-Based Language Expression”. (Fuente: NCYT de Amazings)