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'e-Skin' que imita la piel biológica y sus funciones

El descubrimiento de un nuevo tipo de “piel electrónica” maleable, autorregenerable y completamente reciclable tiene amplias aplicaciones en el control de la salud, robótica, prótesis y dispositivos biomédicos mejorados.

Un estudio publicado en Science Advances muestra una nueva piel electrónica (o simplemente piel electrónica) que tiene una multitud de propiedades que incluyen maleabilidad, autocuración y reciclabilidad total en comparación con la humana piel1La piel, nuestro órgano más grande, es la cubierta carnosa cuando se ve desde el exterior. Nuestra piel es un órgano muy versátil que actúa como un escudo aislante impermeable y protege nuestro cuerpo de una variedad de peligros o factores externos, por ejemplo, el sol dañino. Algunas de las funciones de la piel son la regulación de la temperatura corporal, la protección del cuerpo contra la ingesta de sustancias tóxicas y también la excreción de sustancias tóxicas (junto con el sudor), el apoyo mecánico e inmunológico y la producción de sustancias cruciales. vitamina D que es muy importante para nuestros huesos. La piel también es un sensor enorme con amplios nervios para comunicarse instantáneamente con el cerebro.

Investigadores de todo el mundo han estado trabajando en el desarrollo de diferentes tipos y tamaños de 'wearables pieles electrónicas'con el objetivo de intentar imitar biológico La piel y sus diversas funciones. Existe una gran necesidad de dispositivos flexibles y estirables para una integración perfecta con la piel humana suave y curvilínea. Nanoescala (10-9m) los materiales pueden proporcionar la versatilidad mecánica y eléctrica requerida reemplazando el silicio rígido que se ha utilizado habitualmente antes. El equipo dirigido por el Dr. Jianliang Xiao de la Universidad de Colorado, Boulder, EE. UU., Ha desarrollado con éxito una piel electrónica artificial (e-skin) con el objetivo de traducir el tacto sensorial de la piel humana en robots y prótesis. Este intento va en la dirección de tener una tecnología "vestible" en el futuro que tendría un gran potencial y valor en los campos médico, científico y de ingeniería.

E-skin: autocurativo y reciclable

E-skin es un material delgado y translúcido que tiene una novela tipo de red polimérica dinámica unida covalentemente, llamada poliimina, que está entrelazada con nanopartículas de plata para mejorar la resistencia mecánica, la estabilidad química y la conductividad eléctrica. Esta piel electrónica también tiene sensores integrados para medir la presión, la temperatura, la humedad y el flujo de aire. Esta piel electrónica se considera notable porque se le han incorporado muchas características que la convierten en una imitación extremadamente cercana de la piel humana. Es muy maleable y se puede colocar fácilmente sobre superficies curvas (por ejemplo, brazos y piernas humanos, manos robóticas) aplicándole calor y presión moderados sin introducir tensiones excesivas. Tiene sorprendentes propiedades de autocuración en las que, ante cualquier corte o daño causado por una circunstancia externa, la e-skin recrea los enlaces químicos entre los dos lados separados, restaurando la matriz para su funcionalidad adecuada y volviendo a su estado de unión original.

Si este e-skin se vuelve inutilizable debido a cualquier circunstancia, se puede reciclar por completo y convertirlo en un e-skin nuevo colocándolo en una solución de reciclaje que "licúa" el material de e-skin existente y lo convierte en un " nuevo ”e-skin. Esta solución de reciclaje, una mezcla de tres compuestos químicos disponibles comercialmente en etanol, degrada los polímeros y las nanopartículas de plata se hunden en el fondo de la solución. Estos polímeros degradados se pueden usar de nuevo para crear una nueva piel electrónica funcional. Esta autocuración y reciclabilidad que se puede lograr a temperatura ambiente se atribuye a la unión química del polímero utilizado. La ventaja de la red polimérica de poliimina es que es reversible y puede romperse y reciclarse a diferencia de la mayoría de los materiales de termostato convencionales que no se pueden remodelar, reprocesar ni reciclar debido a los enlaces irreversibles dentro de sus redes poliméricas reticuladas. Esto es más robusto que la propia piel humana y podría usarse como una mejora en lugar de un reemplazo. También es agradable al tacto y se siente casi como una piel real que posiblemente podría convertirse en un agente de cobertura en el futuro, por ejemplo, dispositivos electrónicos.

Las propiedades ecológicas y de bajo costo del e-skin han sido aclamadas y dicho e-skin podría reducir en gran medida los desechos electrónicos y el impacto ambiental y podría ser altamente utilizable y popular entre los fabricantes de diferentes campos. Aunque pueda parecer descabellado en este momento, esta tecnología de reutilización también podría aplicarse de manera similar a artículos electrónicos viejos. De hecho, los rastreadores de actividad física y los monitores de salud modernos, una vez dañados, se suman a la creciente montaña de problemas relacionados con el medio ambiente que agravan los desechos electrónicos. La piel electrónica se podría usar alrededor del cuello o en las muñecas y podrían ser como dispositivos portátiles flexibles o tatuajes temporales y, cuando se dañan, se pueden reciclar y reutilizar. Dado que e-skin es flexible, se puede doblar y torcer y personalizar según el usuario. La tecnología abre caminos para la inteligencia robótica en el que una piel electrónica tan agradable al tacto y confortable se puede envolver alrededor del cuerpo de un robot o de una extremidad artificial. En concreto, una prótesis de brazo o pierna envuelta en esta piel electrónica puede permitir al usuario responder a los cambios de temperatura y presión gracias a los múltiples sensores incorporados en ella. Los brazos o piernas robóticos equipados con una piel electrónica de este tipo pueden hacer que los robots actúen con más delicadeza con los humanos y sean más seguros y confiables. Por ejemplo, e-skin podría adaptarse específicamente a un robot que maneje a un bebé o a un anciano frágil y, por lo tanto, el robot no aplicará demasiada fuerza. Otra aplicación de e-skin puede ser potencialmente en entornos peligrosos o trabajos de alto riesgo. Es plausible que esta tecnología pueda usarse con botones, controles o puertas virtuales que permitan cualquier operación sin interacción física humana, por ejemplo en la industria de explosivos u otras líneas de trabajo peligrosas, y por lo tanto esta piel electrónica podría disminuir las posibilidades. de cualquier lesión humana.

Agregar pantalla a la piel electrónica

Un equipo de investigadores de la Universidad de Tokio ha agregado recientemente una pantalla2(micro-LED) hasta parches de piel electrónicos ultrafinos con forma de curita para permitir la visualización de diferentes signos de control de la salud en tiempo real (por ejemplo, medir los niveles de glucosa en personas con diabetes o la forma de onda en movimiento de un electrocardiograma de un corazón paciente). Estos parches tienen un cableado extensible y, por lo tanto, pueden doblarse o estirarse hasta un 45 por ciento según el movimiento del usuario. Se considera que tienen el diseño más flexible y duradero de los últimos tiempos. El desprendimiento continuo de células de la piel humana podría significar que el parche podría caerse después de unos días, pero esto se puede solucionar.

Este estudio, dirigido por el profesor Takao Someya, afirma que dicha pantalla se puede utilizar eventualmente para permitir la lectura y comunicación de información médica de una manera fluida y sencilla, no solo para los pacientes, sino también para los miembros de la familia, los cuidadores y los profesionales de la salud, ya sea en persona o incluso de forma remota. También recibiría mensajes. Los investigadores tienen como objetivo mejorar aún más la confiabilidad del parche, hacerlo más rentable y también aumentar su producción para un alcance más amplio en todo el mundo. Su objetivo es lanzar este dispositivo al mercado a finales de 2020.

Desafíos futuros

El desarrollo de e-skin es una investigación novedosa muy emocionante, sin embargo, una de las propiedades fundamentales de nuestra - flexibilidad y capacidad de estiramiento - aún no se ha logrado con éxito con e-skin. La piel electrónica es suave pero no tan elástica como la piel humana. Según los autores, en su forma actual, el material tampoco es muy fácil de reproducir. Se observó una ligera reducción en el rendimiento general de detección en un dispositivo e-skin reparado / reciclado en comparación con un módulo nuevo, esto debe abordarse por completo con más investigación. Los campos magnéticos utilizados por las pieles electrónicas también son bastante altos y deben reducirse. Actualmente, el dispositivo se alimenta de una fuente externa, lo que es muy poco práctico, pero debería ser posible tener baterías pequeñas recargables para alimentar el dispositivo. El Dr. Xiao y su equipo quieren refinar este producto y mejorar la solución de escala para que al menos se puedan superar los obstáculos económicos y esta piel electrónica sea más fácil de fabricar y colocar en robots, prótesis, dispositivos médicos o cualquier otra cosa.

***

{Puede leer el trabajo de investigación original haciendo clic en el enlace DOI que figura a continuación en la lista de fuentes citadas}

Fuentes)

1. Zou Z y col. 2018. Piel electrónica reutilizable, totalmente reciclable y maleable habilitada por nanocompuesto termoestable covalente dinámico. Science Advanceshttps://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508

2. Someya T. 2018. Monitoreo continuo de la salud con sensores en la piel ultraflexibles. Simposio de la reunión anual de la AAAS, Austin, Texas, 17 de febrero de 2018.

Equipo SCIEU
Equipo SCIEUhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Avances significativos en la ciencia. Impacto en la humanidad. Mentes inspiradoras.

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