Próxima generación: Sensor ciliado
El dispositivo: El próximo paso en la tecnología de piel artificial podría deberse a las alas de los escarabajos. Los investigadores que buscaban crear un sensor flexible que detecte la fuerza mecánica similar a la forma en que la piel siente el tacto estaban intrigados por los micropelos en las alas de los escarabajos que se entrelazan cuando el escarabajo está en reposo. «Como se puede imaginar, se realiza un gran contacto interfacial durante el enclavamiento, lo cual es una característica excelente para un sensor sensible». Kahp-Yang Suh, líder del estudio, de la Universidad Nacional de Seúl, escribió en un correo electrónico. Con tanta área de superficie en contacto, un sensor basado en conexiones entre nanofibras sería capaz de detectar incluso perturbaciones diminutas que cambiaron las fibras’ posiciones relativas.
Así que Suh y sus colegas decidieron copiar el diseño del ala del escarabajo, construyendo dos matrices de nanofibras colocadas sobre polímeros de silicio flexibles y cubriéndolas con una fina capa de platino. El resultado fue un sistema de detección de platino entrelazado…
Los investigadores probaron la sensibilidad de su sensor haciendo rebotar gotas de agua y detectando los latidos del corazón. Representa algunas ideas nuevas e inteligentes para una clase de sensores táctiles de alto rendimiento que se pueden configurar en formatos delgados y flexibles, para la integración directa con la superficie de la piel, John Rogers, científico de materiales de la Universidad de Illinois en Urbana-Champagne , que no participó en la investigación, le dijo a The Scientist en un correo electrónico. Con su estructura similar a la piel, el nuevo dispositivo tiene aplicaciones potenciales para monitores de salud que deben usarse durante largos períodos de tiempo y el desarrollo de piel para prótesis y miembros robóticos que pueden sentir el entorno como si fuera piel real.
Novedades: No es un dispositivo de una sola sensación: al igual que la piel, el nuevo sensor puede detectar múltiples tipos de perturbaciones mecánicas. Es bueno que su dispositivo sea capaz de detectar corte y torsión, que son difíciles para la mayoría de los otros sensores, escribió en un correo electrónico Zhenan Bao de la Universidad de Stanford, que no participó en la investigación. El sensor de nanofibras entrelazadas también puede detectar la presión, al mismo tiempo que exhibe una alta sensibilidad en comparación con otros tipos de sensores, dijo Suh.
Además, el mecanismo es un poco diferente a otros sensores táctiles que conozco, señaló Rogers. . El trabajo de Baos, por ejemplo, ha utilizado una sola capa de nanofibras para transmitir presión en cambios en la conductancia eléctrica. Otros dispositivos han utilizado membranas deformables o elastómeros que cambian en su capacidad para almacenar carga eléctrica en respuesta a la fuerza mecánica; conductores de caucho estirable cuya resistencia cambia con la perturbación; o elementos que crean voltajes de salida o corrientes a partir de la fuerza mecánica, explicó Rogers. El presente trabajo ofrece una alternativa que parece permitir una sensibilidad notable, pero con un diseño relativamente simple.
El sensor flexible. MBSLAB @ SNU
La importancia: Los sensores flexibles que responden a estímulos como la piel real tienen una variedad de aplicaciones potenciales, explicó Suh, que incluyen sensores biomédicos, piel artificial y pantallas flexibles como el tacto altamente sensible. pantallas El hecho de que el sensor de Suhs produzca diferentes señales en respuesta a diferentes tipos de fuerza es importante porque es bastante similar al mecanismo de detección real de nuestra piel, por lo que nuestro sensor es potencialmente útil para la futura electrónica de la piel, escribió.
Es una valiosa contribución a un campo de investigación emergente, en el que los materiales y dispositivos se desarrollan en formas blandas que pueden interactuar de forma natural con el cuerpo humano, para diversas aplicaciones en el control del bienestar, la atención clínica de la salud y otras, agregó Rogers. Suh y sus colegas pudieron medir los latidos de su corazón, por ejemplo, mientras usaban el dispositivo en sus muñecas.
La tecnología también está un paso más cerca de un sensor que podría integrarse en los sistemas de prótesis de extremidades que brindan retroalimentación sobre información sensorial del mundo real.
Necesita mejorar: La electrónica del circuito necesita refinarse, explicó Suh. Necesitamos una mejor red eléctrica para procesar y transmitir qué tipo de señal física se ejerce sobre la superficie, dijo Suh, mientras que la configuración para medir, procesar y mostrar la señal es voluminosa y necesita miniaturizarse. Además, dijo Bao, un sensor basado en resistencia puede no ser tan fácil de integrar en los circuitos electrónicos como otros tipos de sensores, como los sensores capacitivos diseñados por el grupo Baos, que transmiten fuerza a cambios en el almacenamiento de carga eléctrica y son fácilmente integrables con el electrónica utilizada para sensores táctiles capacitivos en pantallas.
Y aunque la tecnología es prometedora, aún quedan por capturar en el sensor otros aspectos de la sensación de la piel, reconoció Suh. La creación de un sensor que muestre fatiga, o la disminución de la sensibilidad a medida que se aplica una señal de forma continua, imitaría el funcionamiento de la piel real. La detección de fuerza es solo una función de una amplia variedad de sensaciones, como la temperatura, la química o la tensión, que finalmente se necesitaría integrar en un sistema multifuncional si el objetivo realmente es reproducir o mejorar todas las diversas operaciones de la piel real, añadió Rogers.
Pang et al., Un sensor de galga extensiométrica flexible y altamente sensible que utiliza un enclavamiento reversible de nanofibras, Nature Materials, doi : 10.1038/NMAT3380, 2012.
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