Nuevos pasos para la "piel artificial" hacia la retroalimentación táctil para las extremidades artificiales

Un equipo de ingenieros de la Universidad de Stanford en California ha creado un material plástico que reconoce la presión, enviando una señal directamente a una célula cerebral viva. Dicen que su trabajo sirve como un paso hacia la creación de extremidades artificiales con el sentido del tacto.
La creación de la nueva "piel artificial" representa un paso hacia las extremidades protésicas que pueden sentir el tacto.
Crédito de la imagen: Bao Lab / Stanford University

Los ingenieros, dirigidos por el Prof. Zhenan Bao, publican su trabajo en la revista Ciencia.

El Prof. Bao ha estado trabajando durante una década para desarrollar un material que pueda imitar la capacidad de la piel para flexionar y sanar, así como para enviar señales al cerebro que representen tacto, temperatura y dolor. Su objetivo final es crear un tejido flexible con sensores que cubran una extremidad artificial y que copien algunos de los sentidos de la piel.

La técnica del equipo consiste en una configuración 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 traduciéndolas en mensajes para células nerviosas.

En su nuevo trabajo, la capa superior presenta un sensor que reconoce la presión como lo hace la piel humana, distinguiendo las diferencias de presión entre un toque de dedo más ligero y un firme apretón de manos.

Según el equipo, la piel humana depende de receptores que envían señales digitales para "detección táctil", en las cuales las presiones variables se convierten en una serie de pulsos de voltaje.

"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.

Información sensorial enviada 'como código Morse'

Hace aproximadamente 5 años, el equipo describió por primera vez cómo los plásticos y cauchos se pueden usar como sensores de presión, midiendo la flexibilidad de sus estructuras moleculares. Pudieron aumentar esta sensibilidad de presión al incorporar un patrón de gofre en el plástico, condensando aún más los resortes moleculares del plástico.

Para utilizar electrónicamente esta capacidad de detección de presión, los investigadores esparcieron miles de millones de nanotubos de carbono a través del plástico. Explican que al comprimir el plástico aplasta los nanotubos aún más cerca, lo que les permite conducir la electricidad.

Al hacer esto, el sensor de plástico pudo imitar la piel humana y la forma en que transmite información de presión al cerebro en forma de impulsos de electricidad cortos, algo así como el código Morse.

Los pulsos cortos se envían a un mecanismo de detección. Al eliminar la presión, el flujo de pulso se relaja, lo que sugiere un toque ligero, mientras que al eliminar toda la presión, los pulsos se detienen. El profesor Bao y su equipo conectaron el mecanismo de detección a la segunda capa de su piel artificial, que puede transmitir impulsos de electricidad a las células nerviosas.

Su tarea final fue demostrar que la señal eléctrica puede ser reconocida por una neurona biológica. Lo hicieron utilizando una técnica desarrollada por un profesor de bioingeniería de Stanford, Karl Deisseroth, que fue pionero de la optogenética, un campo que combina genética y óptica.

'Mucho trabajo' por hacer

Para completar su tarea, los investigadores crearon una línea de neuronas que replican una parte del sistema nervioso humano mediante la traducción de señales de presión electrónicas de su piel artificial en pulsos de luz. Esto, a su vez, activó las neuronas y demostró que la piel podría crear una salida sensorial que es capaz de comunicarse con las células nerviosas.

Aunque esta técnica con optogenética es experimental, los investigadores dicen que otros métodos estimulantes probablemente se utilizarán en miembros artificiales reales. Quisieran eventualmente crear diferentes sensores que pudieran darle a las extremidades la capacidad de distinguir entre pana y seda, por ejemplo.

"Tenemos mucho trabajo para llevar esto de las aplicaciones experimentales a las prácticas", dice el profesor Bao. "Pero después de pasar muchos años en este trabajo, ahora veo un camino claro en el que podemos tomar nuestra piel artificial".

Los autores concluyen su trabajo escribiendo:

"Este trabajo representa un paso hacia el diseño y uso de máscaras electrónicas orgánicas de gran área con retroalimentación táctil integrada a los nervios para las extremidades de reemplazo".

El año pasado, Noticias médicas hoy informó sobre el desarrollo exitoso de un brazo protésico controlado por el cerebro.

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