¿Y si no tuviéramos piel? No tendríamos sentido del tacto, ni detección de frío o dolor, lo que nos dejaría ineptos para responder a cualquier situación. La piel no es sólo una cáscara protectora para los órganos, sino un sistema de señalización para la supervivencia que proporciona información sobre los estímulos externos o la temperatura, o un observatorio meteorológico que informa sobre el clima. Los receptores táctiles, apretados en toda la piel, sienten la temperatura o los estímulos mecánicos – como el tacto o el pellizco – y los convierten en señales eléctricas para el cerebro.
El reto de la piel electrónica, que se está desarrollando para su uso en pieles artificiales o robots similares a los humanos como los humanoides, es hacer que sienta las temperaturas y los movimientos como la piel humana los siente tanto como sea posible. Hasta ahora, hay pieles electrónicas que pueden detectar el movimiento o la temperatura por separado, pero ninguna es capaz de reconocer ambos simultáneamente como la piel humana.
Un equipo de investigación conjunto formado por el profesor de POSTECH Unyong Jeong y el Dr. Insang You del Departamento de Ciencia de Materiales e Ingeniería, y el profesor Zhenan Bao de la Universidad de Stanford han desarrollado conjuntamente la piel multimodal ión-electrónica que puede medir la temperatura y la estimulación mecánica al mismo tiempo. Los resultados de la investigación, publicados en la edición del 20 de noviembre de Cienciase caracterizan por hacer estructuras muy simples mediante la aplicación de propiedades especiales de los conductores de iones.
Hay varios receptores táctiles en la piel humana que pueden detectar temperaturas calientes o frías, así como otras sensaciones táctiles como pellizcos, torsiones o empujones. A través de estos receptores, los humanos pueden distinguir entre los estímulos mecánicos y la temperatura. La piel electrónica convencional fabricada hasta ahora tenía el problema de tener grandes errores en la medición de la temperatura si se aplicaban estímulos mecánicos a la piel.
La piel humana es libremente estirable pero irrompible porque está llena de electrolitos, por lo que el equipo de investigación conjunta hizo el sensor usándolos. También aprovecharon el hecho de que el material conductor de iones que contiene electrolito puede tener diferentes propiedades medibles según su frecuencia de medición. Sobre la base del nuevo hallazgo, se creó un receptor artificial multifuncional que puede medir la sensación táctil y la temperatura al mismo tiempo.
Además, el equipo de investigación derivó variables – el tiempo de relajación de la carga y la capacitancia normalizada – que sólo responden a las temperaturas en los conductores de iones y variables que sólo responden a los estímulos mecánicos. Los resultados de las variables se pudieron obtener midiendo a sólo dos frecuencias de medición. El tiempo de relajación de la carga, que es el tiempo que tarda en desaparecer la polarización de los iones, puede medir la temperatura y no responde a los movimientos, y la capacitancia normalizada puede medir los movimientos sin responder a la temperatura.
Este receptor artificial con una estructura simple de electrodo-electrolito-electrodo tiene un gran potencial de comercialización y mide con precisión la temperatura del objeto aplicado, así como la dirección o el perfil de tensión sobre los estímulos externos como apretar, pellizcar, extender y torcer.
Se prevé que la piel electrónica de iones multimodal, que puede estirarse o modificarse libremente pero que también puede detectar la temperatura, sea aplicable en sensores de temperatura vestibles o en pieles de robot para robots similares a los humanos, como los humanoides.
«Cuando un dedo índice toca una piel electrónica, la piel electrónica detecta el contacto como un cambio de temperatura, y cuando un dedo empuja la piel, la parte posterior del área de contacto se estira y la reconoce como movimiento», explicó el Dr. Insang You de POSTECH que es el primer autor del trabajo. «Sospecho que este mecanismo es una de las formas en que la piel humana actual reconoce diferentes estímulos como la temperatura y el movimiento».
«Este estudio es el primer paso para abrir la puerta a la investigación electrónica multimodal de la piel mediante el uso de electrolitos», comentó el profesor Unyong Jeong de POSTECH y el autor correspondiente. «El objetivo final de esta investigación es crear una piel electrónica de iones artificial que simule los receptores táctiles y los neurotransmisores humanos, lo que ayudará a restaurar el sentido del tacto en los pacientes que han perdido la sensación táctil debido a enfermedades o accidentes».
La investigación se llevó a cabo con el apoyo del Proyecto de Fronteras Mundiales y el Programa de Investigadores de Mitad de Carrera del Ministerio de Ciencia y Tecnología, y el Programa de Desarrollo de Tecnología Estratégica Industrial del Ministerio de Comercio, Industria y Energía de Corea.
