La sensibilidad táctil de la piel humana es difícil de recrear, especialmente sobre superficies grandes y flexibles. Sin embargo, dos grupos de investigación de California han creado unos dispositivos de detección de presión que suponen un enorme avance tecnológico.

Uno, realizado por investigadores de la Universidad de Stanford, está basado en la electrónica orgánica y es 1.000 veces más sensible que la piel humana. El segundo, creado por investigadores de la Universidad de California, en Berkeley, usa matrices integradas de transistores de nanocables y requiere muy poca energía. Ambos dispositivos son flexibles y pueden ser impresos sobre grandes áreas; se describen esta semana en documentos separados en la revista Nature Materials.

Las superficies de alta sensibilidad pueden ayudar a los robots a tomar objetos delicados sin romperlos, proporcionar a una prótesis el sentido del tacto, y dar a los cirujanos un mayor control sobre las herramientas utilizadas para la cirugía mínimamente invasiva. "Nuestro objetivo es imitar la piel humana", afirma Zhenan Bao, profesor de ingeniería química en la Universidad de Stanford. La piel humana responde rápidamente a la presión y puede detectar objetos tan pequeños como un grano de arena, la luz o un insecto.

El núcleo del dispositivo de Bao consiste en un polímero transparente con contenido de silicio llamado PDMS. La capacidad de este material para almacenar carga está directamente relacionada con su espesor. Hace algunos años, un grupo de investigadores liderados por Takao Someya en la Universidad de Tokio aprovecharon esta propiedad, utilizando PDMS como capa aislante en transistores orgánicos flexibles que actuaban como sensores de presión. Sin embargo, estos sensores estaban limitados: al ser comprimidos, las moléculas del PDMS cambiaban su conformación, y se necesitaba tiempo para que regresaran a su estado original.

Bao solucionó este problema modelando el material de polímero con matrices de micropilares que se erguían sobre la superficie táctil. Este diseño permite que el material sea flexible y vuelva rápidamente a su forma original, lo que significa que es posible tomar mediciones de presión en rápidas sucesiones. La microestructura también mejora la sensibilidad del dispositivo. La presión más suave que la piel humana puede detectar es de aproximadamente un kilopascal; los dispositivos de Bao pueden detectar presiones 1.000 veces más suaves.

Este enfoque puede ser utilizado para fabricar materiales flexibles con técnicas de impresión de bajo coste, aunque el dispositivo resultante requiere altas tensiones para funcionar. Ali Javey, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias informáticas en la Universidad de California, Berkeley, ha incorporado sensores táctiles de bajo coste basados en matrices de transistores de nanocables inorgánicos. Los transistores se distribuyen por debajo, y se conectan a una capa de una goma conductora disponible en el mercado que contiene nanopartículas de carbono. Cuando la goma se comprime, su resistencia eléctrica cambia, y esto puede ser detectado por los transistores. "Los nanocables se están utilizando como componentes electrónicos activos para hacer funcionar el sensor táctil en la parte superior", explica.

Los transistores de nanocables proporcionan operaciones de bajo voltaje y rápidas velocidades de conmutación en una superficie flexible. Mientras que los productos de Bao requieren alrededor de 20 voltios para funcionar, los de Javey necesitan menos de cinco voltios.

Javey ha creado matrices de sensores de alrededor de 50 centímetros cuadrados. Bao ha construido matrices circulares con un poco más de 10 centímetros de diámetro. Ambos investigadores afirman que el tamaño de sus dispositivos sólo está limitado por las herramientas en el laboratorio—en el caso de Javey, el tamaño de la impresora de contacto, y en el caso de Bao, el tamaño de los moldes utilizados para dar forma al PDMS.

La piel artificial podría ofrecer grandes ventajas para la manipulación robótica, asegura Matei Ciocarlie, científico investigador en Willow Garage, una compañía de robótica personal con sede en Menlo Park, California. Cuando un robot está manipulando un objeto, ese objeto a menudo puede acabar fuera del rango de las cámaras y otros sensores, por lo que la detección táctil podría proporcionar información útil. La detección táctil también puede ayudar a los robots a evitar obstáculos y a localizar objetos en entornos difíciles. "La piel artificial debe ser capaz de cubrir grandes superficies irregulares en el robot, poseer una sensibilidad adecuada y un rango dinámico—todo esto supone una serie de desafíos significativos que estas nuevas tecnologías prometen solucionar", afirma Ciocarlie.

Los nuevos dispositivos de piel electrónica "son un avance tecnológico considerable en términos de consumo de energía y sensibilidad", afirma John Boland, profesor de química en el Trinity College de la Universidad de Dublín. "El avance real, sin embargo, consiste en alejarse de una geometría plana a un dispositivo flexible que pudiera ser utilizado para crear algo con la forma de un dedo humano", afirma.

Un conjunto de instrumentos quirúrgicos con puntas de sensores táctiles de alta sensibilidad podría proporcionar a los médicos un mejor control sobre la cantidad de fuerza que tienen que usar durante las cirugías mínimamente invasivas. Además, una piel electrónica flexible de gran superficie podría ajustarse a las curvas de los futuros dispositivos protésicos. "Las prótesis de hoy día son muy básicas—pueden agarrar cosas, pero no ofrecen una reacción táctil", señala Boland.