Científicos de la Universidad de Stanford desarrollan una piel electrónica multicapas autorreparable
Inspirándose en las impresionantes habilidades de curación natural de la piel humana, los investigadores han logrado imitar este proceso en un sensor de película delgada de múltiples capas.
La Universidad de Stanford ha logrado un significativo avance en la tecnología de la piel sintética con el desarrollo de una piel electrónica multicapas autorreparable. Inspirándose en las impresionantes habilidades de curación natural de la piel humana, los investigadores han logrado imitar este proceso en un sensor de película delgada de múltiples capas.
El autor principal del logro, Chris Cooper, explica: «Hemos conseguido lo que creemos que es la primera demostración de un sensor de película delgada de múltiples capas que se realinea automáticamente durante la curación. Este es un paso crucial para imitar la piel humana, que tiene múltiples capas que se vuelven a ensamblar correctamente durante el proceso de curación». Esta piel sintética es suave y estirable, y si se perfora, se rebana o se corta, cada capa se curará selectivamente para restaurar la función general, al igual que la piel real.
Sam Root, otro de los autores, agrega: «El grupo de investigación podría crear una piel sintética de varios niveles con capas funcionales individuales tan delgadas que una pila de 10 o más capas no sea más gruesa que una hoja de papel». Este enfoque permite diseñar cada capa para detectar diversos cambios, como presión, temperatura y tensión.
En comparación con las pieles sintéticas autorregenerables existentes, que requieren un realineamiento manual de las capas, este nuevo desarrollo es notable. Incluso una leve desalineación en las capas podría comprometer la recuperación funcional. Sin embargo, en este caso, las capas se reconocen a sí mismas y se alinean con capas similares durante el proceso de curación, restaurando la funcionalidad capa por capa a medida que se curan.
El secreto
El secreto detrás de este avance en la piel electrónica multicapas autorreparable radica en los materiales utilizados, específicamente el PPG (polipropilenglicol) y el PDMS (polidimetilsiloxano), comúnmente conocido como silicona. Estos materiales son biológicamente compatibles y poseen propiedades eléctricas y mecánicas similares a las del caucho. Al combinarlos con nanopartículas o micropartículas, su conductividad eléctrica se incrementa. Cuando se calientan, estos materiales se vuelven más suaves y fluidos, pero al enfriarse, se solidifican. A pesar de que estos polímeros no se mezclan directamente debido a los enlaces de hidrógeno que forman, se adhieren firmemente entre sí para crear un material multicapa duradero.
Los científicos lograron acelerar el proceso de curación al calentar la piel sintética. A temperatura ambiente, la curación puede llevar hasta una semana, pero cuando se calienta a tan solo 70 °C, la autoalineación y la curación ocurren en aproximadamente 24 horas. Los dos materiales se diseñaron cuidadosamente para tener respuestas viscosas y elásticas similares a la tensión externa dentro de un rango de temperatura adecuado.
Chris Cooper comenta al respecto: «La piel también tarda en sanar. Me corté el dedo el otro día y todavía se estaba curando cuatro o cinco días después. Para nosotros, la parte más importante es que se cura para recuperar funciones sin nuestro aporte o esfuerzo».
Este avance en la tecnología de la piel electrónica abre nuevas perspectivas en diferentes campos, como la medicina, la robótica y la electrónica portátil. La capacidad de crear pieles sintéticas multicapas autorreparables con sensores especializados en cada capa permitirá la detección de diversos cambios y aplicaciones aún más sofisticadas.
Autonomía es la cuestión
Continuando con el desarrollo de la piel electrónica multicapas autorreparable, los ingenieros de la Universidad de Stanford han incorporado materiales magnéticos a las capas de polímero para permitir que la piel sintética no solo se cure, sino también se autoensamble a partir de piezas separadas. Esta característica es posible mediante la combinación de navegación guiada por campo magnético y calentamiento por inducción.
Renee Zhao, ingeniera mecánica involucrada en el proyecto, explica: «Combinando la navegación guiada por campo magnético y el calentamiento por inducción, podemos construir robots blandos reconfigurables que pueden cambiar de forma y detectar su deformación a pedido».
La visión a largo plazo de los investigadores es crear dispositivos que puedan recuperarse de daños extremos. Chris Cooper comenta: «Nuestra visión a largo plazo es crear dispositivos que puedan recuperarse de daños extremos. Por ejemplo, imagine un dispositivo que cuando se rompe en pedazos y se desgarra podría reconstruirse de forma autónoma».
Este avance en la tecnología de la piel electrónica abre las puertas a una nueva era de robots y prótesis envueltos en materiales sintéticos autorregenerables, capaces de tener un sentido del tacto similar al humano. Además, se vislumbra la posibilidad de robots que puedan ser ingeridos en pedazos y luego autoensamblarse dentro del cuerpo para realizar tratamientos médicos no invasivos.
Los resultados de este estudio fueron publicados en la revista Science, destacando el potencial de esta tecnología para revolucionar campos como la robótica, la medicina y las prótesis, abriendo nuevas posibilidades en el desarrollo de dispositivos inteligentes y autónomos.
