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Piel electrónica como dispositivo weareable

Los weareables podrían llegar a un nuevo nivel si los desarrollos de laboratorio que se están produciendo llegaran al mercado convertidos en dispositivos de consumo. Se trata de dotarnos de una segunda piel electrónica convertida en display y alimentada por baterías bioinspiradas implantables. Ambos avances han sido concebidos por separado, pero dan idea de la posibilidad real de fabricación de estos gadgets.

Palm readers ultra delgados pegados al cuerpo

Una pantalla o monitor ultradelgado, similar a una tirita, de sólo milímetros de espesor, podría monitorizar datos importantes de la salud, o simplemente recibir mensajes. Takao Someya, el profesor de la Universidad de Tokio que desarrolló el dispositivo, lo visualiza como “una bendición para los profesionales médicos con pacientes acostados o lejos de casa, así como para la familia que vive lejos de sus familiares”. En entornos de atención domiciliaria, puede lograr un intercambio sin fisuras de datos médicos con los médicos de su hogar, que luego podrían comunicarse con sus pacientes; podría hacerles recordar que tomen sus medicamentos, o incluso permitir que nietos lejanos se comuniquen con sus abuelos. La invención podría ser particularmente útil en Japón, con su población que envejece rápidamente, reemplazando la necesidad de controles en persona ofreciendo un monitoreo continuo y no invasivo de los enfermos y débiles, explicó Someya.

La pantalla consiste en una matriz de micro LEDs de 16 por 24 y un cableado estirable montado en una lámina de goma.

También incorpora un sensor liviano compuesto por un electrodo transpirable “nanomesh” y un módulo de comunicación inalámbrico. La pantalla es estirable hasta en un 45 por ciento de su longitud original. Además, es mucho más resistente al desgaste de los estiramientos que las pantallas portátiles anteriores.

© 2018 Takao Someya Research Group. Onda del electrocardiograma en movimiento en la pantalla de la piel.

Está construido sobre una estructura novedosa que minimiza el estrés resultante del estiramiento en la unión de materiales duros, como los micro LED y los materiales blandos, como el cableado elástico, una de las principales causas de daños para otros modelos.

Se puede colocar en el cuerpo humano durante una semana sin causar inflamación de la piel, y es lo suficientemente ligero como para que los usuarios eventualmente puedan olvidar que lo están usando.

Otras funcionalidades propuestas son pantallas portátiles para que los corredores controlen la frecuencia cardíaca o verifiquen las rutas en ejecución o trabajadores que usan las pantallas para consultar manuales en sus brazos mientras trabajan.

Fuente: Universidad de Tokyo/Someya Group.

Células de energía blandas implantables inspiradas en las anguilas

Inspirado por la anguila eléctrica, un dispositivo eléctrico flexible y transparente podría conducir a fuentes de energía favorables al cuerpo para monitores de salud implantados, dispensadores de medicamentos, lentes de contacto de realidad aumentada e innumerables otras aplicaciones.

Las células blandas están hechas de hidrogel y sal, y forman el primer órgano eléctrico artificial potencialmente biocompatible que genera más de 100 voltios.

Produce un zumbido constante de electricidad a alta tensión pero baja corriente, un poco como un chorro de agua de muy bajo volumen pero de alta presión. Quizás sea suficiente para alimentar un pequeño dispositivo médico como un marcapasos.

Aunque la tecnología es preliminar, Michael Mayer, profesor de biofísica en el Instituto Adolphe Merkle de la Universidad de Friburgo en Suiza y el autor correspondiente en un artículo sobre el dispositivo, cree que algún día podría ser útil para alimentar dispositivos implantables o ponibles sin la toxicidad, el volumen o la recarga frecuente de las baterías actuales.

Más adelante, incluso podría llevar a sistemas bioeléctricos que podrían generar electricidad a partir de procesos naturales dentro del cuerpo.

La anguila eléctrica puede bombear mucha más energía en ráfagas cortas para atrapar presas o defenderse, pero no hacerlo de forma constante. Para ello polariza y despolariza miles de células instantáneamente para apagar estos altos voltajes.

La representación de este artista muestra cómo los órganos eléctricos de la anguila generan electricidad moviendo iones de sodio (Na) y de potasio (K) a través de una membrana selectiva. Crédito de la imagen: Caitlin Monney

Un secreto para el éxito de la anguila es un fenómeno llamado transporte transmembrana. Los órganos eléctricos especializados contienen miles de compartimientos alternados, cada uno con un exceso de iones de potasio o de sodio. Los compartimentos están separados por membranas selectivas que, en el estado de reposo de la anguila, mantienen separados los dos iones. Cuando la anguila necesita crear una sacudida eléctrica, las membranas permiten que los iones fluyan juntos. Esto crea un estallido de energía.

Los investigadores construyeron un sistema similar, aunque en lugar de sodio y potasio, usaron el sodio y el cloruro que se combinan naturalmente en la sal común de mesa, disuelta en hidrogel a base de agua.

Usando una impresora especializada en el Instituto Adolphe Merkle, imprimieron miles de diminutas gotas del gel salado en una lámina de plástico, alternando con gotas de hidrogel de agua pura. Las gotas alternas son similares a los compartimentos de la anguila.

Hidrogeles selectivos de carga (amarillo y verde) y de agua dulce y salino (azul y rojo), impresos en una hoja que ha sido cortada con láser en un patrón de pliegues Miura. IMAGEN: grupo de biofísica, Adolple Merkle Institute

Luego, el equipo necesitó imitar la membrana selectiva de la anguila que mantiene separados los compartimentos. Utilizaron una segunda lámina de gotas alternas, esta hecha de hidrogel selectivo de carga. Cada gota permite pasar el sodio con carga positiva o el cloruro con carga negativa, excluyendo el otro.

Para generar energía, las dos hojas se presionan juntas, conectando gotas de solución salina y agua dulce a través de las gotas selectivas de carga en serie.

A medida que las soluciones saladas y frescas se mezclan, las gotas selectivas de carga mueven los iones de sodio y cloruro en direcciones opuestas, produciendo una corriente eléctrica.

Fuente: Universidad de Michigan