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viernes, septiembre 17, 2021

Científicos crean una piel electrónica que imita a la humana en resistencia, estirabilidad y sensibilidad

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Madrid, 30 de noviembre (Europa Press).- Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdalá (KAUST, por sus siglas en inglés), en Arabia Saudí, han desarrollado un material que imita la piel humana en cuanto a resistencia, estirabilidad y sensibilidad para recopilar datos biológicos en tiempo real. Esta skin, puede desempeñar un papel importante en las prótesis de próxima generación, la medicina personalizada, la robótica blanda y la inteligencia artificial, adelantan los científicos en la revista Science Advances.

“La piel electrónica ideal imitará las muchas funciones naturales de la piel humana, como la detección de la temperatura y el tacto, de forma precisa y en tiempo real”, dice el postdoctorado de KAUST Yichen Cai.

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Sin embargo, fabricar dispositivos electrónicos adecuadamente flexibles que puedan realizar tareas tan delicadas al mismo tiempo que soportan los golpes y raspaduras de la vida cotidiana es un desafío, y cada material involucrado debe diseñarse cuidadosamente.

La mayoría de las pieles electrónicas 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 es a menudo demasiado débil, lo que reduce la durabilidad y sensibilidad del material; en cambio, si es demasiado fuerte, la flexibilidad se vuelve limitada, por lo que es más probable que se agriete y rompa el circuito.

“El panorama de la electrónica de la piel sigue cambiando a un ritmo espectacular –destaca Cai–. La aparición de los sensores 2D ha acelerado los esfuerzos para integrar estos materiales mecánicamente fuertes y delgados atómicamente en pieles artificiales funcionales y duraderas”.

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

“Los hidrogeles contienen más del 70 por ciento de agua, lo que los hace muy compatibles con los tejidos de la piel humana”, explica Shen. Al estirar el hidrogel en todas direcciones, aplicar una capa de nanocables y luego controlar cuidadosamente su liberación, los investigadores crearon vías conductoras hacia la capa del sensor que permanecieron intactas incluso cuando el material se estiró 28 veces su tamaño original.

Su prototipo de piel electrónica podía detectar objetos a 20 centímetros de distancia, responder a estímulos en menos de una décima de segundo y, cuando se usaba como sensor de presión, podía distinguir la escritura a mano sobre ella. Continuó funcionando bien después de 5 mil deformaciones, recuperándose en aproximadamente un cuarto de segundo cada vez.

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“Es un logro sorprendente para una piel electrónica mantener la dureza después de un uso repetido –resalta Shen–, que imita la elasticidad y la rápida recuperación de la piel humana”.

Dichas pieles electrónicas podrían controlar una variedad de información biológica, como cambios en la presión arterial, que pueden detectarse desde vibraciones en las arterias hasta movimientos de extremidades y articulaciones grandes. Estos datos se pueden compartir y almacenar en la nube a través de Wi-Fi.

“Un obstáculo que queda para el uso generalizado de las pieles electrónicas radica en la ampliación de los sensores de alta resolución –agrega el líder del grupo, Vincent Tung–, sin embargo, la fabricación aditiva asistida por láser ofrece una nueva promesa”.

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“Prevemos un futuro para esta tecnología más allá de la biología –prosigue Cai–. La cinta de sensor extensible podría algún día controlar la salud estructural de objetos inanimados, como muebles y aviones”.

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