Zhenan Bao espera cambiar esta situación al recubrir las prótesis con una piel electrónica capaz de sentir presión, que pueda curarse cuando se corte y que procese datos sensoriales. Se trata de un avance fundamental para que algún día las prótesis puedan conectarse al sistema nervioso y transmitir el sentido del tacto. Por el momento, es posible que una piel electrónica suave y con adherencia permita que las personas con miembros amputados o con quemaduras sean capaces de realizar tareas cotidianas como coger objetos delicados, y posiblemente contribuir a aliviar el dolor fantasma de los miembros amputados.
Foto: Zhenan Bao. Crédito: Esta y el resto de imágenes de este artículo son obra de RC Rivera.
Para imitar (y en algunos aspectos superar) las capacidades de la piel de las manos humanas, Bao se está replanteando qué puede funcionar como material electrónico. Además de sensible al tacto, la piel electrónica debe ser ligera, resistente, elástica, plegable y capaz de regenerarse igual que la piel real. También debería ser relativamente barata de fabricar en grandes láminas que puedan adherirse a la superficie de las prótesis. Sin embargo, los materiales electrónicos tradicionales no poseen ninguna de estas cualidades.
Bao (una de los Innovadores Menores de 35 en 2003 de MIT Technology Review) lleva trabajando con piel electrónica desde 2010. Ha creado nuevos compuestos químicos para cada componente electrónico, con el fin de reemplazar materiales rígidos como el silicio por otros más flexibles como moléculas orgánicas, polímeros y nanomateriales.
Foto: Un investigador construye un transistor en un material de goma elástica que actúa como una pegatina. A medida que la goma se despega del cristal, recoge una capa de nanotubos semiconductores de carbono, los cuales formarán el área activa del conmutador electrónico.
Foto: La lámina se recubre con un material aislante que ayudará a desconectar el transistor elástico. Dentro de esta máquina, una pequeña plataforma gira a gran velocidad para crear una película fina y suave.
Foto: El transistor elástico está fabricado con nanotubos de carbono, polímeros electrónicos y tinta con nanopartículas de plata. Se puede utilizar en circuitos que procesen datos de los sensores táctiles.
El equipo de Bao utiliza materiales elásticos de goma debido a que se asemejan a la piel humana en cuanto a prestaciones y capacidad de recuperación. En ocasiones, el equipo combina materiales electrónicos con la goma, aunque otras veces construyen las estructuras sobre ellos. Para desarrollar un sensor táctil, los investigadores mezclan la goma con carbono con conductividad eléctrica. El voltaje que atraviesa esta goma conductiva varía cuando se presiona el material. El equipo de Bao ha descubierto que recubrir estos sensores táctiles con un patrón de pirámides a escala microscópica mejora su sensibilidad al tacto, de forma similar a lo que sucede con las crestas papilares de nuestras huellas dactilares. Dependiendo del diseño, estos sensores pueden ser tan sensibles como nuestra piel o incluso más. Los científicos también imprimen transistores, cables eléctricos y otros componentes sobre la piel de goma para crear circuitos elásticos que puedan procesar los datos de los sensores táctiles colocados sobre una mano protésica.
Foto: Arriba, un aerógrafo cargado con tinta con nanopartículas de plata se utiliza para imprimir contactos eléctricos y cables sobre una plantilla. Abajo, se pueden ver (a través de un microscopio) las diminutas pirámides que recubren un sensor táctil. Estas figuras de 50 micrómetros de ancho mejora la sensibilidad igual que las crestas papilares de nuestras huellas dactilares.
Foto: Las puntas de los dedos de este maniquí de madera cuentan con un sensor táctil elástico conectado a unos cables eléctricos que transmiten los datos a un centro de control electrónico flexible situado en la palma de la mano.
Ahora Bao está trabajando en materiales aún más extraños. Ha desarrollado un polímero mucho más elástico que la piel humana: puede estirarse hasta 100 veces su longitud normal sin romperse. Además, puede funcionar como un frágil músculo artificial, ya que se expande y se contrae si se le aplica un campo eléctrico.
Foto: Este material imita dos características importantes de la piel humana: la capacidad de estirarse y arrugarse y la de regenerarse.
Foto: Un investigador corta el material de goma por la mitad.
Foto: En menos de un minuto tras cortarlo, las dos partes se juntan y vuelven a fundirse.
Foto: El material restaurado puede estirarse mucho más que la piel humana sin romperse.
Con los materiales básicos y los diseños a punto, Zhenan Bao ya está trabajando en semiconductores y otros materiales electrónicos que tengan las mismas cualidades de regeneración y elasticidad. Sin embargo, reinventar los materiales electrónicos no es el final del camino: los datos obtenidos a través de la piel electrónica deben poder transmitirse al sistema nervioso de forma que el organismo pueda comprenderlos. Bao y su equipo están trabajando en diseños de circuitos que envíen señales al sistema nervioso, de forma que la piel electrónica permita que las personas con miembros amputados puedan sentir el tacto de las personas que aman, no solo recuperar la destreza.