La piel artificial puede enviar el sentido del tacto directamente al cerebro

Zhenan Bao de la Universidad de Stanford ha invertido gran parte de su investigación en la construcción de circuitos flexibles de nanotubos de carbono.

La última hazaña de su equipo es una “piel artificial” que es capaz de proporcionar el sentido del tacto directamente en las células del cerebro de los ratones, y está ideado para su uso en prótesis que darán a los usuarios pleno sentido del tacto.

Aunque el mecanismo para la transferencia de las señales sensoriales de la piel artificial al cerebro se llama “optogenética“, y utiliza la luz para controlar las células en el tejido vivo, la base para la piel artificial es una geometría piramidal única de nanotubos de carbono (CNTs).

“El uso de las pirámides nos permite ajustar la sensibilidad y la gama de sensores con mucha facilidad, lo cual era importante para este proyecto”, explicó Alex Leslie Chorto. “Hemos tenido que optimizar la impedancia y la presión gama eléctrica de los sensores para trabajar con los demás componentes del circuito. Al cambiar cosas como el tamaño y el espaciamiento de las pirámides, podemos optimizar fácilmente el sensor para tener las características que necesitamos “.

Chortos y sus colegas descubrieron que el uso de una película desestructurada resultó tener una sensibilidad que era demasiado baja para lo que estaban tratando de hacer. Si bien es posible producir un sensor de presión con esta sensibilidad sin usar pirámides, conllevaría hacer cosas como cambiar el módulo del caucho, que es relativamente más difícil y tiene otros efectos negativos.

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Cuandoaumenta la presión sobre los sensor aumenta la CNT, los nanotubos de carbono se comprimen más cerca, lo que reduce la resistencia a través del sensor.

“El sensor de nanotubos de carbono detecta los estímulos, y la compresión del material reduce la resistencia y aumenta la corriente,” explicó Chortos. “Esta señal se acopla del sensor a un oscilador eléctrico que crea impulsos de tensión. A medida que se aplica presión al sensor, aumenta la frecuencia  de impulsos generados por el oscilador “.

El dispositivo que los investigadores de Stanford  han desarrollado se basa en dos tecnologías principales, el sensor de presión y la capa de electrónica flexible. Según Chortos, el sensor de presión podría ser usado en electrónica portátil y robótica inteligente, mientras que la capa electrónica flexible (fabricado por Xerox Palo Alto Research Center) podría medir la información de los sensores que se utilizan en la electrónica portátil y en pantallas flexibles.

Una prótesis que pudiera enviar el sentido del tacto directamente al cerebro sería revolucionario. Pero todavía queda mucho por hacer para que eso suceda.

“Antes de que esta tecnología pueda ser utilizada en prótesis, necesitaríamos mejorar la estabilidad y la durabilidad de la capa de circuito del dispositivo, y mejorar los procesos de fabricación para permitir la producción escalable de sensores de piel que incluyan todos los componentes del circuito necesarios en una forma compacta”, dijo Chortos.

La piel artificial que el equipo de Stanford ha desarrollado podría ser una plataforma general para la generación de señales eléctricas que sean compatibles con la biología. Aunque se ha demostrado que esta tecnología es capaz de servir como un sensor de presión, la piel real, tiene muchas otras funciones.

“El futuro trabajo incluirá el aumento de la gama de capacidades sensoriales mediante la inclusión de sensores para el estiramiento, la temperatura y la vibración, además de la presión”, dijo Chortos. “Lo que implica trabajar con un colaborador que tenga experiencia con interfaz  que conecte eléctricamente con los nervios de animales vivos.”

Foto: Bao Grupo de Investigación / Universidad de Stanford

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