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Piel artificial que siente y se estira como si fuera real
Algunas prótesis de alta tecnología pueden ser controladas por sus dueños, usando nervios, músculos o incluso el cerebro. Sin embargo, no hay forma de que el usuario sepa si un objeto está hirviendo o si está a punto de salirse del alcance del apéndice.
Este guante cargado de electrónica está hecho de capas de materiales con sensores de oro y silicona estirables.
Los materiales que detectan calor, presión y humedad podrían ayudar a cambiar esto al agregar capacidades sensoriales a las prótesis. Un grupo de investigadores coreanos y estadounidenses ha desarrollado un polímero diseñado para imitar las capacidades sensoriales elásticas y de alta resolución de la piel real.
El polímero está infundido con densas redes de sensores hechos de silicio y oro ultrafinos. El silicio normalmente quebradizo está configurado en formas serpenteantes que pueden alargarse para permitir la capacidad de estiramiento. Los detalles del trabajo se publican hoy en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .
Los materiales de detección estirables han estado en desarrollo durante años (consulte Silicio estirable y Fabricación de componentes electrónicos estirables). Pero este es el material más sensible hasta el momento, con hasta 400 sensores por milímetro cuadrado.
Si tiene estos sensores de alta resolución en el dedo, puede dar el mismo toque táctil que la mano normal transmitiría al cerebro, dice Roozbeh Ghaffari, quien contribuyó a la investigación y dirige el desarrollo de tecnología avanzada en MC10 , una startup en Cambridge, Massachusetts, que desarrolla productos portátiles basados en materiales flexibles cargados de sensores.
Además, los investigadores ajustaron los sensores para que tuvieran los rangos de estiramiento correctos dependiendo de dónde se ubicarían en una mano. Usaron cámaras de captura de movimiento para estudiar cómo se mueve y se estira una mano real, y luego aplicaron diferentes formas de silicona en diferentes puntos de la piel protésica para adaptarse a esa capacidad de estiramiento.
Se muestra una pieza del prototipo de piel inteligente con sensores integrados estirada en un 20 por ciento.
Finalmente, en un esfuerzo adicional por hacer que los materiales parecieran más realistas, agregaron una capa de actuadores que los calientan aproximadamente a la misma temperatura que la piel humana.
La nueva piel inteligente aborda solo una parte del desafío de agregar sensación a los dispositivos protésicos. El mayor problema es crear conexiones duraderas y sólidas con el sistema nervioso humano, de modo que el usuario pueda sentir realmente lo que se está sintiendo.
En una cruda demostración de tal interfaz, Dae-Hyeong Kim, quien dirigió el proyecto en la Universidad Nacional de Seúl, conectó la piel inteligente al cerebro de una rata y pudo medir las reacciones en la corteza sensorial del animal a la entrada sensorial. Sin embargo, esto no mostró si, o en qué medida, la rata estaba sintiendo calor, presión o humedad. Para decir los tipos exactos de sentimientos, dice Kim, necesitamos pasar a animales más grandes, lo que sería nuestro trabajo futuro.
Sigue existiendo una gran brecha entre lo que pueden hacer los nuevos materiales y lo que las interfaces existentes realmente pueden transmitir al cerebro humano, dice Dustin Tyler , profesor de ingeniería biomédica en la Universidad Case Western Reserve y experto en interfaces neuronales. Esta demostración de prueba de concepto es interesante, pero queda mucho trabajo duro por hacer para demostrar la solidez y el rendimiento necesarios para traducir este dispositivo en manos protésicas utilizables, dice.
Solo recientemente se demostró una interfaz capaz de restaurar la sensación en un ser humano, cuando Tyler y sus colegas equiparon a un hombre del área de Cleveland que perdió su mano con dicho sistema (ver Una mano artificial con sensación real). El hombre podía controlar la mano usando una interfaz muscular, y unos 20 sensores en la mano protésica le transmitían información sensorial a través del electrodo conectado a un nervio en el muñón de su brazo. Esto le permitió saber si había recogido algo suave como una cereza y evitar aplastar la fruta.