Un equipo de ingenieros de la Universidad de Stanford en California ha creado un material plástico que reconoce la presión, transmitiendo una señal directamente a una celda del cerebro vivo. Ellos dicen que su trabajo sirve como un paso hacia la creación de miembros artificiales con el sentido del tacto.
Los ingenieros, liderados por el Prof. Zhenan Bao, publican su trabajo en la revista Science.
El Prof. Bao ha estado trabajando durante una década para desarrollar un material que puede imitar la capacidad de la piel para flexionar y sanar, así como enviar señales al cerebro que representan el tacto, temperatura y dolor. Su objetivo final es crear un tejido flexible atado con sensores que cubren un miembro artificial y copiar algunos de los sentidos de la piel.
La técnica del equipo consiste en un montaje de plástico con dos capas. La capa superior tiene un mecanismo de detección, y la capa inferior funciona como un circuito, enviando señales eléctricas y plasmándolas en los mensajes de las células nerviosas.
En su nuevo trabajo, la capa superior cuenta con un sensor que reconoce la presión tal como hace la piel humana, así como las diferencias de presión distintivas entre un chasquido de dedos hasta a un firme apretón de manos.
Según el equipo, la piel humana se basa en receptores que envían señales digitales para «detección táctil,» en el que las presiones variables se convierten en una serie de impulsos de tensión.
«Esta es la primera vez que un material flexible, similar a la piel ha sido capaz de detectar la presión y también transmitir una señal a un componente del sistema nervioso», dice el profesor Bao.
Hace aproximadamente 5 años, el primer equipo describió cómo plásticos y cauchos pueden ser usados como sensores de presión, mediante la medición de la flexibilidad de sus estructuras moleculares. Ellos fueron capaces de aumentar esta sensibilidad a la presión mediante la incorporación de un patrón de panal en el plástico, condensando más resortes moleculares del plástico.
Para emplear esta capacidad de detección de presión electrónicamente, los investigadores extendieron miles de millones de nanotubos de carbono a través del plástico. Explican que al comprimir el plástico, este aplasta los nanotubos incluso más cerca, por lo que es posible para ellos conducir la electricidad.
Al hacer esto, el sensor de plástico era capaz de imitar la piel humana y la forma en que transmite información de la presión en el cerebro en forma de impulsos eléctricos cortos – algo así como el código Morse.
Los pulsos cortos se envían entonces a un mecanismo de detección. Al eliminar la presión, el flujo de impulsos relaja – sugiriendo toque ligero – mientras se quita toda la presión hace que los impulsos se detengan. El Prof. Bao y su equipo a continuación, conectan el mecanismo de detección a la segunda capa de la piel artificial, que puede llevar los pulsos eléctricos a las células nerviosas.
Su tarea final era demostrar que la señal eléctrica puede ser reconocida por una neurona biológica. Lo hicieron mediante el uso de una técnica desarrollada por un profesor de Stanford de la bioingeniería – Karl Deisseroth – que fue pionero en la optogenética, un campo que combina la genética y la óptica.
Para completar su tarea, los investigadores hicieron una línea de neuronas que replican una parte del sistema nervioso humano mediante la traducción de las señales de presión electrónicas de su piel artificial en impulsos de luz. Esto, a su vez, activa las neuronas y demostraron que la piel podría crear una salida sensorial que es capaz de comunicarse con las células nerviosas.
Aunque esta técnica con la optogenética es experimental, los investigadores dicen que otros métodos de estimulación es probable que se pueda utilizar en las extremidades artificiales reales. A ellos les gustaría crear finalmente diferentes sensores que podrían dar capacidad a las extremidades, la capacidad de decir la diferencia entre la pana y seda, por ejemplo.
«Tenemos mucho trabajo por afrontar, desde lo experimental hasta las aplicaciones prácticas», dice el Prof. Bao. «Pero después de pasar muchos años en este trabajo, ahora veo un camino claro en el que podemos tener nuestra piel artificial.»
Los autores concluyen su artículo:
«Este trabajo representa un paso hacia el diseño y el uso de grandes superficies de pieles electrónicas orgánicas con retroalimentación táctil neural integrado por los miembros de reemplazo.»
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