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Sensores de presión a nanoescala que imitan la piel humana

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Nuevas investigaciones demuestran cómo series de diminutos dispositivos electrónicos pueden lograr una sensibilidad a la fuerza mecánica parecida a la de la piel humana.

  • por Mike Orcutt | traducido por Lía Moya (Opinno)
  • 07 Mayo, 2013

 Unas series de transistores hechos con nanohilos (como los de la imagen) podrían formar la base de un nuevo tipo de dispositivos casi tan sensibles a la fuerza mecánica como la piel humana, según una investigación publicada recientemente en la revista Science.

El inventor de la tecnología, Zhong Lin Wang, profesor de ciencia de los materiales e ingeniería en la Universidad Georgia Tech (EE.UU.), afirma que esta tiene aplicaciones inmediatas en las interfaces hombre-máquina. Se podría usar, por ejemplo, para capturar firmas electrónicas al registrar la fuerza distintiva que aplica un individuo al firmar. A medio plazo, según Wang, la serie de sensores de presión creadas por su grupo podría equipar a robots y prótesis con un sentido del tacto parecido al humano.

Lograr una réplica electrónica de la sensibilidad del tacto humano ha resultado ser un importante reto. Hace poco, algunos grupos de investigación demostraron que la micro o nano electrónica montada sobre sustratos flexibles y elásticos podría registrar cambios en la presión a un nivel de detalle relativamente elevado y servir potencialmente por tanto como una especie de "piel artificial".

En esta nueva investigación, el grupo de Wang hace una demostración de nanoelectrónica que mejora hasta 15 veces la densidad de sensores y la resolución espacial en comparación con los enfoques anteriores. Es más, las propiedades electrónicas de los nanohilos permitieron a los investigadores demostrar, a través de imágenes de alta resolución, una mejora de la sensibilidad de dos a tres órdenes de magnitud. La densidad, resolución y sensibilidad de los sensores, afirma Wang, es comparable con la de la piel de un dedo humano.

Los nanohilos, fabricados con cristales a nanoescala del material semiconductor óxido de cinc, son piezoeléctricos, lo que significa que generan una carga eléctrica en respuesta a una fuerza mecánica aplicada. Wang y sus compañeros han aprovechado este efecto usando los hilos para construir un nuevo tipo de transistor que funciona sin necesidad de añadir voltaje (ver "TR10;: Nano-piezoelectrónica").

En los transistores de nanohilos de Wang, se elimina la puerta que se usa tradicionalmente en la electrónica. En vez de eso, la corriente que fluye por los nanohilos la controla la carga eléctrica que se genera cuando se aplica presión o fuerza sobre los transistores.

Los transistores de Wang pueden convertir señales mecánicas en señales electrónicas con un grado mucho más alto de sensibilidad en comparación con otros enfoques a nanoescala de sensibilidad táctil, que dependen de registrar los cambios en la capacitancia o resistencia en respuesta a la fuerza o presión  aplicadas.

Los investigadores también demostraron que la capacidad sensora de la serie de transistores de nanohilos no disminuye cuando se deforma el sustrato sobre el que se coloca, demostrando su utilidad potencial para la electrónica flexible. Los nanohilos y el electrodo asociado se pueden depositar y cultivar a temperaturas relativamente bajas, afirma Wang, "sobre cualquier sustrato, desde polímeros blandos a cerámica, pasando por obleas de silicio".

En cuanto a la posibilidad de dotar a los robots de la sensibilidad de tacto humana, diseñar mejores sensores solo es parte del trabajo. Quizá el reto mayor sea integrarlos en un sistema capaz de interpretar las señales de los sensores y responder instantáneamente. Wang afirma que ahora su grupo se centrará en desarrollar un sistema con estas características y en mejorar aún más la densidad de sensores de nanohilos que pueden fabricar en una única serie.

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