Una piel de silicio permite sentir el calor, la humedad y hasta una caricia

Combinando los ¨²ltimos avances en nanotecnolog¨ªa y neurociencia, un equipo de investigadores de Corea del Sur ha creado una piel artificial capaz de sentir casi todas las sensaciones f¨ªsicas humanas. Con paciencia asi¨¢tica dise?aron una matriz de silicio donde, capa a capa, colocaron min¨²sculos sensores de presi¨®n, calor o humedad. Conectados a los nervios de un amputado, le podr¨ªan devolver la capacidad de sentir.

2014 ha sido un gran a?o para la bi¨®nica. A¨²n no est¨¢n disponibles en el mercado, pero se han desarrollado manos bi¨®nicas que, por ejemplo, han devuelto a un amputado la destreza para usar un taladro. Sin embargo, estos avances se han concentrado en la integraci¨®n con el sistema nervioso y la movilidad. Uno podr¨ªa fre¨ªr unos huevos en la sart¨¦n, pero si la pierde de vista, podr¨ªa quemarse la pr¨®tesis hasta dejarla en los hierros como en Terminator.

Lo que ha hecho un equipo de la Universidad Nacional de Se¨²l ha sido crear una piel que, alg¨²n d¨ªa, podr¨ªa recubrir aquellas pr¨®tesis y dotarlas de la capacidad de sentir que tiene la piel humana. En ¨¦sta, repartidos con la maestr¨ªa que solo la evoluci¨®n atesora, una serie de receptores sensoriales transmite sensaciones t¨¢ctiles y t¨¦rmicas al cerebro. Sin ellos, no habr¨ªa manera de diferenciar una caricia de una quemadura o del fr¨ªo. Todo eso es lo que han conseguido replicar en una piel artificial.

"Se puede sentir una caricia y tambi¨¦n varias sensaciones de forma simult¨¢nea", dice el responsable del programa de bioingenier¨ªa de la universidad coreana,?Dae-Hyeong Kim, y principal autor de la investigaci¨®n. Usando silicio monocristalino, el mismo del que est¨¢n hechos los chips, Kim y su equipo crearon diferentes capas de nanocintas (una de las estructuras m¨¢s prometedoras de la nanotecnolog¨ªa) para cada sensaci¨®n. Cada una de las capas tiene un grosor de apenas tres micras (un micr¨®metro es la millon¨¦sima parte de un metro).

La red de nanosensores de presi¨®n, t¨¦rmicos o humedad va en capas de tres micras de grosor

Sobre una matriz aislante, colocaron la primera capa de nanocintas con sensores para el calor. "El sensor de temperatura est¨¢ basado en diodos de silicio", explica Kim. Con ellos, la piel artificial puede detectar los cambios t¨¦rmicos del exterior. Pero esta piel, adem¨¢s, se parece a la humana porque es capaz de transmitir su propio calor. "El calentador es diferente del sensor, hecho de oro y basado en el efecto Joule, a medida que la corriente fluye, genera calor. De hecho, esta epidermis de silicio se mantiene a 36,5?, con lo que la calidez de su tacto es a¨²n m¨¢s real.

Otra de las capas se encarga de captar la presi¨®n y la tensi¨®n. Si la piel humana es el¨¢stica, la artificial tambi¨¦n tiene que serlo. Para acertar con el dise?o del material, estudiaron a conciencia los movimientos naturales de la mano. Durante una serie de pruebas, una decena de c¨¢maras grab¨® giros de mu?eca, palmas levantadas o pu?os cerrados. Un adhesivo especial con sensores de tensi¨®n recog¨ªa datos sin parar. As¨ª, por ejemplo, al cerrar el pu?o, la piel se estira una media del 5%, en especial en la zona de los nudillos. Y si se gira la mu?eca hacia abajo, en esta parte el estiramiento puede llegar hasta un 16%. Con estos datos, los ingenieros crearon un patr¨®n para que su piel se pudiera estirar hasta un 50% sin afectar al rendimiento de los sensores.

Pero la sensaci¨®n m¨¢s complicada de imitar fue la de la humedad. La piel cuenta con receptores capaces de detectar un calor h¨²medo o un fr¨ªo seco, pero la ciencia a¨²n no sabe c¨®mo lo hace. Los investigadores coreanos recurrieron a un peque?o truco. Usaron nanocondensadores para aprovechar la propiedad conocida como capacidad el¨¦ctrica o capacitancia. Con ellos, pod¨ªan registrar la mayor o menor presencia de mol¨¦culas de agua en el exterior y determinar la humedad o sequedad alrededor de la piel.

Tal y como cuentan en la revista Nature Communications, los bioingenieros probaron la eficacia de su piel de silicio en ratas. Las terminaciones de las distintas capas fueron conectadas al sistema nervioso del roedor para comprobar su viabilidad. Y ?en humanos? "En teor¨ªa deber¨ªa funcionar, pero tenemos que hacer m¨¢s experimentos con animales m¨¢s grandes para asegurarnos", explica Kim.

"Un trabajo de investigaci¨®n impresionante"

"Es una tecnolog¨ªa muy interesante, sobre todo la manera de integrar tipos distintos de sensores en espacios reducidos y con flexibilidad para conformar superficies", opina el investigador de la universidad sueca de Chalmers, Max Ortiz Catal¨¢n. Este bioingeniero mexicano, no relacionado con esta investigaci¨®n, es uno de los mayores expertos mundiales en bi¨®nica. Hace unas semanas dio a conocer los resultados de su trabajo: una mano bi¨®nica que implantada en el brazo de un camionero sueco y que le ha permitido hacer vida casi normal.

El gran reto est¨¢ en la interfaz neural y la comunicaci¨®n hombre-m¨¢quina", dice el experto Ortiz Catal¨¢n

"En cuanto a la cantidad y densidad de sensores, es un trabajo de investigaci¨®n impresionante", reconoce Ortiz Catal¨¢n. Pero, en su opini¨®n, a¨²n queda lo m¨¢s dif¨ªcil, conectar estos sensores artificiales al sistema nervioso de una manera segura y duradera. "El mayor problema est¨¢ en la interfaz neural y la comunicaci¨®n hombre-m¨¢quina. Para transmitir toda la informaci¨®n de la piel artificial necesitar¨ªas muchos contactos independientes con c¨¦lulas nerviosas (axones) y adem¨¢s tener una manera de transferir esta informaci¨®n entre la pr¨®tesis y el paciente", recuerda.

Si se consiguen superar estos obst¨¢culos, una piel de silicio como esta podr¨ªa completar la mano bi¨®nica creada por el equipo de Ortiz Catal¨¢n y, ahora s¨ª, devolverle la capacidad de sentir todas o casi todas las sensaciones perdidas por un amputado.