Hay extremidades ortopédicas de alta tecnología cuyos dueños pueden controlar usando nervios, músculos o incluso el cerebro. Pero no existe forma de que el portador sepa si un objeto está abrasando o a punto de escaparse de su control.
Los materiales que detectan el calor, la presión y la humedad podrían ayudar a cambiar esto al añadir capacidades sensitivas a la ortopedia. Un grupo de investigadores coreanos y estadounidenses ha desarrollado un polímero diseñado para imitar las capacidades elásticas y sensoriales de alta resolución de la piel verdadera.
El polímero está cuajado con densas redes de sensores hechos con oro y silicio ultrafinos. El silicio, que suele ser quebradizo, se configura en forma de serpentina que se puede estirar para permitir cierta flexibilidad. Los detalles del trabajo se han publicado en la revista Nature Communications.
Hace años que se desarrollan materiales elásticos sensitivos, pero este es el material más sensible aparecido hasta la fecha, con hasta 400 sensores por milímetro cuadrado.
"Con estos sensores de alta resolución en todo el dedo, puedes dar la misma sensación táctil que transmitiría una mano normal al cerebro", explica uno de los participantes en la investigación Roozbeh Ghaffari, quien dirige el desarrollo de tecnologías avanzadas en MC10, una start-up de Cambridge, Massachusetts (EEUU), que desarrolla wearables basados en materiales flexibles cuajados de sensores.
Es más, los investigadores han afinado los sensores para que tengan la flexibilidad adecuada dependiendo de su colocación en la mano. Usaron cámaras para capturar el movimiento y estudiar cómo se mueve y estira una mano de verdad y después aplicaron distintas formas de silicio a distintos puntos sobre la piel ortopédica para incorporar esa flexibilidad.
Foto: Aquí se muestra un trozo del prototipo de piel inteligente con sensores integrados, mientras se estira un 20%.
Por último, en un esfuerzo por hacer que los materiales sean más realistas, han añadido una capa de actuadores que la calientan aproximadamente a la misma temperatura que la piel humana.
Esta nueva piel inteligente solo resuelve uno de los retos de añadir la sensación a los dispositivos ortopédicos. El problema mayor es crear conexiones duraderas y robustas con el sistema nervioso humano para que el portador pueda "sentir" de verdad lo que detecta.
En una demostración burda de un interfaz de este tipo, el director del proyecto en la Universidad Nacional de Seúl (Corea del Sur), Dae-Hyeong Kim, conectó la piel inteligente con el cerebro de una rata y pudo medir las reacciones en el córtex sensitivo del animal ante estímulos sensoriales. Sin embargo, esto no demuestra que la rata sintiera calor, presión o humedad, ni hasta qué punto. "Para disce ir las sensaciones exactas", afirma Kim, "tenemos que pasar a animales más grandes y ese será nuestro trabajo en el futuro".
Hay una brecha enorme entre lo que pueden hacer los materiales nuevos y lo que pueden transmitir las interfaces existentes realmente al cerebro humano, explica el profesor de ingeniería biomédica de la Universidad Case Weste Reserve (EEUU), Dustin Tyler, experto en interfaces neuronales. "Esta demostración de concepto es interesante, pero queda mucho trabajo por hacer para demostrar la robustez y el rendimiento necesarios para traducir este dispositivo en manos ortopédicas prácticas", afirma.
Hace poco se probó la única interfaz capaz de devolver la sensación a un humano, cuando Tyler y sus colegas equiparon a un hombre de la zona de Cleveland (EEUU) que había perdido la mano con un sistema de estas características. El hombre controlaba la mano usando una interfaz muscular y unos 20 sensores sobre la mano ortopédica transmitían información sensorial a través del electrodo enganchado a un nervio en el muñón. Esto le permitía saber si había cogido algo blando, como una cereza, e impedir que aplastara la fruta.