Los expertos del Instituto Tecnológico de Massachusetts han ideado un nuevo tipo de sensor portátil que esencialmente funciona como una piel electrónica. Ahora, el concepto de piel sintética flexible con circuitos electrónicos integrados no es nada nuevo en el campo de la ciencia médica. Pero lo que distingue a la última innovación que surge del MIT es que la piel electrónica no necesita ningún sensor dedicado o conjunto de chips, ni necesita un módulo Bluetooth para comunicarse con un concentrador como los teléfonos inteligentes para enviar los datos de salud.
Los hallazgos, que han sido detallados en la revista Ciencia, habla de una película delgada que se adhiere a la superficie del cuerpo como una segunda piel. La película está hecha de un compuesto llamado nitruro de galio, que tiene propiedades piezoeléctricas. En pocas palabras, un material piezoeléctrico es un tipo de sustancia que produce una corriente eléctrica cuando se le aplica presión. Los materiales piezoeléctricos tienen una amplia gama de aplicaciones, desde teléfonos inteligentes hasta imágenes de ultrasonido en hospitales.
Cuando se aplican sobre la piel, estos sensores piezoeléctricos bidireccionales se pueden usar para detectar biomarcadores vitales y también se pueden implementar para enviar paquetes de datos sin necesidad de módulos de comunicación inalámbricos dedicados o un chip de biodetección. La idea aquí es que las propiedades únicas del nitruro de galio pueden detectar el movimiento del pulso debajo de la piel y convertirlo en señales eléctricas. Por el contrario, puede vibrar en respuesta a un impulso eléctrico sobre la piel.
Cómo puede cambiar el juego
El equipo del MIT detrás de la idea de piel electrónica afirma que se puede usar una matriz de sensores piezoeléctricos para el análisis de los latidos del corazón, evaluar las métricas del sudor e incluso detectar la exposición a la radiación ultravioleta. Para determinar la viabilidad práctica de la idea, el equipo tomó muestras de nitruro de galio y las unió a una capa conductora de oro para aumentar el rendimiento de la señal eléctrica. El equipo descubrió que la matriz piezoeléctrica vibraba como resultado del pulso debajo de la piel.
Además, también se descubrió que la piel eléctrica es sensible a la concentración de sal en el sudor de una persona. Hasta el momento, no existe un dispositivo portátil comercialmente disponible dirigido a las masas que pueda realizar un análisis químico del sudor. Actualmente también se está trabajando en un método no invasivo para detectar la concentración de azúcar en la sangre, pero hasta ahora, incluso los gigantes tecnológicos como Apple y Samsung no han podido resolverlo. El enfoque novedoso del MIT para implementar materiales piezoeléctricos puede abrir el camino a seguir de muchas maneras.
En viene la parte de detección. La vibración del material piezoeléctrico en respuesta al movimiento del pulso crea una señal eléctrica que puede ser detectada por un receptor cercano. En el futuro, ese dispositivo receptor podría muy bien ser un teléfono inteligente o incluso la banda de ejercicios en su muñeca. Lo que es realmente notable es que la piel electrónica pudo recopilar datos y luego transmitirlos a un receptor sin ningún chip dedicado o incluso una batería que alimentara todo el conjunto.
La perspectiva futura
El equipo propone la idea de que las vibraciones producidas a través de la película de material piezoeléctrico se pueden usar como un indicador de la frecuencia cardíaca, especialmente cuando las cifras del pulso aumentan. Y al igual que el cambio en la frecuencia cardíaca, la película de nitruro de galio también es sensible a los cambios en la química del sudor y el nivel de exposición de la piel a los rayos ultravioleta.
Lo que es realmente notable es que la piel electrónica creada por los expertos del MIT tiene un grosor de solo 250 nanómetros, que es unas 100 veces más delgado que el cabello humano promedio. Durante la fase de prueba, estos parches se aplicaron en el área de la muñeca y el cuello, y pudieron detectar y enviar los cambios en los latidos del corazón de forma inalámbrica a un receptor simple cercano (por MIT).
Para detectar un cambio en la composición química del sudor, la piel electrónica se modificó ligeramente para agregar una capa de una membrana de detección de iones capaz de atraer iones de sodio. De esa manera, un parche de la piel electrónica puede detectar los cambios en los niveles de sodio en el sudor de una persona y transmitir los datos a un dispositivo receptor.
Con respecto a las posibles aplicaciones, Jeehwan Kim, del Laboratorio de Investigación de Electrónica, señaló que «podría ponérselo en el cuerpo como un vendaje y, junto con un lector inalámbrico en su teléfono celular, podría monitorear de forma inalámbrica su pulso, sudor y otras señales biológicas».
Mayor versatilidad, menos problemas
Pero aquí está la parte emocionante: la piel electrónica también se puede personalizar fácilmente con un tipo diferente de membrana de detección de iones que es sensible a otras sustancias químicas como la glucosa y el cortisol en el sudor. «Mostramos detección de sodio, pero si cambia la membrana de detección, podría detectar cualquier biomarcador objetivo», agrega el coautor del artículo, Jun Min Suh.
En 2018, un equipo de la Universidad de Stanford también ideó una dispositivo portátil que puede medir los niveles de cortisol en el sudor y analizar los niveles de estrés. Además, la investigación centrada en los dispositivos portátiles de 2021 de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en Francia reveló que el cortisol se puede utilizar como biomarcador para el tratamiento de condiciones como el agotamiento y la obesidad.
Otro beneficio crítico es que la piel electrónica es flexible, lo que significa que ya se ha atendido el aspecto de la comodidad. Eso es un gran alivio, ya que dormir mientras usa un reloj inteligente para que recopile información detallada sobre los patrones de frecuencia cardíaca no es la experiencia más cómoda. Además, el seguimiento del sueño junto con el monitoreo continuo de la frecuencia cardíaca también es bastante exigente con la duración de la batería de un reloj inteligente.
Una piel electrónica que puede transmitir datos relacionados con la frecuencia cardíaca y los cambios en la química del sudor sin un chip o equipo de transmisión es un paso realmente notable. El trabajo en el dominio ha sido un proceso tremendo. Del potencial de tatuajes que controlan la salud a la piel artificial que puede curar sus propios moretones, las posibilidades son casi infinitas.