Consiguen imprimir piel electrónica impresa en 3D

El hito deja la puerta abierta a una nueva interacción hombre-máquina ya que esta piel puede flexionarse, estirarse y sentir como la humana

Con más de 1.000 terminaciones nerviosas, la piel humana es la conexión sensorial más grande del cerebro con el mundo exterior y proporciona una gran cantidad de retroalimentación a través del tacto, la temperatura y la presión. Si bien estas características complejas hacen de la piel un órgano vital, también hacen que su réplica sea un desafío.

 

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Utilizando hidrogeles de nanoingeniería que exhiben capacidades de biodetección electrónica y térmica sintonizables, investigadores de la Universidad Texas A&M han desarrollado una piel electrónica impresa en 3D (E-skin) que puede flexionarse, estirarse y sentir como la piel humana.

 

“La capacidad de replicar el sentido del tacto e integrarlo en diversas tecnologías abre nuevas posibilidades para la interacción hombre-máquina y experiencias sensoriales avanzadas”, afirmó el Dr. Akhilesh Gaharwar, profesor y director de investigación del Departamento de Ingeniería Biomédica. “Puede potencialmente revolucionar las industrias y mejorar la calidad de vida de las personas con discapacidades”.

 

Los usos futuros de E-skin son amplios, incluidos dispositivos de salud portátiles que monitorean continuamente signos vitales como movimiento, temperatura, frecuencia cardíaca y presión arterial, brindando retroalimentación a los usuarios y ayudándolos a mejorar sus habilidades motoras y coordinación.

 

“La inspiración detrás del desarrollo de E-skin tiene sus raíces en el deseo de crear interfaces más avanzadas y versátiles entre la tecnología, el cuerpo humano y el medio ambiente”, dijo Gaharwar. “El aspecto más interesante de esta investigación son sus posibles aplicaciones en robótica, prótesis, tecnología portátil, deportes y fitness, sistemas de seguridad y dispositivos de entretenimiento”.

 

La tecnología E-skin, detallada en un estudio publicado por Advanced Functional Materials, se desarrolló en el laboratorio de Gaharwar. Dres. Kaivalya Deo ’22, ex alumno de Gaharwar y ahora científico de Axent Biosciences, y Shounak Roy, ex becario de doctorado Fulbright Nehru en el laboratorio de Gaharwar, son los autores principales del artículo.

 

La creación de E-skin implica desafíos en el desarrollo de materiales duraderos que puedan imitar simultáneamente la flexibilidad de la piel humana, contener capacidades de detección bioeléctrica y emplear técnicas de fabricación adecuadas para dispositivos portátiles o implantables.

 

“En el pasado, la rigidez de estos sistemas era demasiado alta para los tejidos de nuestro cuerpo, lo que impedía la transducción de señales y creaba un desajuste mecánico en la interfaz biótico-abiótica”, dijo Deo. “Introdujimos una estrategia de ‘triple reticulación’ en el sistema basado en hidrogel, lo que nos permitió abordar una de las limitaciones clave en el campo de la bioelectrónica flexible”.

 

El uso de hidrogeles de nanoingeniería aborda algunos de los aspectos desafiantes del desarrollo de E-skin durante la impresión 3D debido a la capacidad de los hidrogeles para disminuir la viscosidad bajo tensión de corte durante la creación de E-skin, lo que permite un manejo y manipulación más fáciles. El equipo dijo que esta característica facilita la construcción de estructuras electrónicas complejas en 2D y 3D, un aspecto esencial para replicar la naturaleza multifacética de la piel humana.

 

Los investigadores también utilizaron un “defecto atómico” en nanoconjuntos de disulfuro de molibdeno, un material que contiene imperfecciones en su estructura atómica que permiten una alta conductividad eléctrica, y nanopartículas de polidopamina para ayudar a que la piel E se adhiera al tejido húmedo.

 

“Estas nanopartículas de disulfuro de molibdeno especialmente diseñadas actuaron como reticulantes para formar el hidrogel e impartieron conductividad eléctrica y térmica a la piel electrónica; Somos los primeros en informar que utilizamos esto como componente clave”, dijo Roy. “La capacidad del material para adherirse a tejidos húmedos es particularmente crucial para posibles aplicaciones de atención médica donde la E-skin necesita adaptarse y adherirse a superficies biológicas dinámicas y húmedas”.