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TECNOLOGÍA. Un futuro prometedor para la "piel electrónica" (e-skin)

 

Los investigadores de KAUST han desarrollado una "piel electrónica" duradera que puede imitar las funciones naturales de la piel humana, como la detección de la temperatura y el tacto. Fuente: © 2020 KAUST

Se podría utilizar un material que imite la piel humana en cuanto a resistencia, elasticidad y sensibilidad para recopilar datos biológicos en tiempo real. 

La piel electrónica, o e-skin, puede desempeñar un papel importante en las prótesis de próxima generación, la medicina personalizada, la robótica blanda y la inteligencia artificial.

La piel electrónica ideal imitará las muchas funciones naturales de la piel humana, como la detección de la temperatura y el tacto, de forma precisa y en tiempo real, aseguran los expertos. Sin embargo, fabricar dispositivos electrónicos adecuadamente flexibles que puedan realizar tareas tan delicadas al mismo tiempo que soportan los golpes y raspaduras de la vida cotidiana es un desafío, y cada material involucrado debe diseñarse cuidadosamente.

Ilustración esquemática muestra el e-skin integrado heterogéneo que comprende MXene-PpyNW-VSNP-PAM capa por capa


La mayoría de las pieles electrónicas se fabrican colocando un nanomaterial activo (el sensor) en una superficie elástica que se adhiere a la piel humana. Sin embargo, la conexión entre estas capas es a menudo demasiado débil, lo que reduce la durabilidad y sensibilidad del material; alternativamente, si es demasiado fuerte, la flexibilidad se vuelve limitada, por lo que es más probable que se agriete y rompa el circuito.

El panorama de la electrónica de la piel sigue cambiando a un ritmo espectacular. La aparición de los  2-D ha acelerado los esfuerzos para integrar estos materiales mecánicamente fuertes y delgados atómicamente en pieles artificiales funcionales y duraderas.

Los científicos de KAUST han creado ahora una piel electrónica duradera utilizando un hidrogel reforzado con nanopartículas de sílice como sustrato fuerte y elástico y un carburo de titanio 2-D MXene como capa de detección, unido con nanocables altamente conductores.

Una piel electrónica duradera desarrollada en KAUST usando un hidrogel reforzado con nanopartículas de sílice forma un sustrato fuerte y elástico. Fuente: © 2020 KAUST

Los hidrogeles contienen más del 70 por ciento de agua, lo que los hace muy compatibles con los tejidos de la piel humana. Al preestirar el hidrogel en todas direcciones, aplicar una capa de nanocables y luego controlar cuidadosamente su liberación, los investigadores crearon vías conductoras hacia la capa del sensor que permanecieron intactas incluso cuando el material se estiró 28 veces su tamaño original.

Su prototipo de  electrónica podía detectar objetos a 20 centímetros de distancia, responder a estímulos en menos de una décima de segundo y, cuando se usaba como sensor de presión, podía distinguir la escritura a mano sobre ella. Continuó funcionando bien después de 5.000 deformaciones, recuperándose en aproximadamente un cuarto de segundo cada vez. 

Es un logro sorprendente para una  mantener la dureza después de un uso repetido, que imita la elasticidad y la rápida recuperación de .

Dichas pieles electrónicas podrían monitorear una variedad de información biológica, como cambios en la presión arterial, que pueden detectarse desde vibraciones en las arterias hasta movimientos de extremidades y articulaciones grandes. Estos datos se pueden compartir y almacenar en la nube a través de Wi-Fi.

El futuro para esta tecnología puede ir más allá de la biología. La cinta de sensor extensible podría algún día monitorear la salud estructural de objetos inanimados, como muebles y aviones.

Un obstáculo que queda para el uso generalizado de las pieles electrónicas radica en la ampliación de los sensores de alta resolución, sin embargo, la fabricación aditiva asistida por láser ofrece una alternativa viable.

Fuente: "Mixed-dimensional MXene-hydrogel heterostructures for electronic skin sensors with ultrabroad working range"Science Advances (2020). advances.sciencemag.org/lookup … .1126/sciadv.abb5367

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