Científicos de la Universidad de Stanford desarrollaron una piel electrónica multicapas autorreparable. Los investigadores lograron este significativo avance en la tecnología de la piel sintética inspirándose en las notables habilidades de curación natural de la piel humana.
“Hemos conseguido lo que creemos que es la primera demostración de un sensor de película delgada de múltiples capas que se realinea automáticamente durante la curación. Este es un paso crucial para imitar la piel humana, que tiene múltiples capas que se vuelven a ensamblar correctamente durante el proceso de curación”, explica Chris Cooper, autor principal del logro. “Es suave y estirable. Pero si las perforas, la rebanas o la cortas, cada capa se curará de manera selectiva para restaurar la función general”, agrega Sam Root, otro de los autores. “Igual que la piel real”, compara.
Root afirma que el grupo de investigación podría crear una piel sintética de varios niveles con capas funcionales individuales tan delgadas que una pila de 10 o más capas no sea más gruesa que una hoja de papel. Gracias a este concepto, cada capa se puede diseñar para detectar diversos cambios. “Una capa puede sentir presión, otra temperatura y otra tensión”, detalla.
Los ingenieros apuntan que las pieles sintéticas autorregenerables existentes deben realinearse manualmente, pero una ligera desalineación en las capas podría comprometer la recuperación funcional. El resultado actual se distingue en que las capas se reconocen a sí mismas y se alinean con capas similares durante el proceso de curación, restaurando la funcionalidad capa por capa a medida que se curan.
¿Cuál es el secreto de este novedoso resultado?
El secreto está en los materiales empleados: el PPG (polipropilenglicol) y el PDMS (polidimetilsiloxano, más conocido como silicona). Ambos son biológicamente compatibles y tienen propiedades eléctricas y mecánicas similares a las del caucho. Al mezclarlos con nanopartículas o micropartículas, se incrementa su conductividad eléctrica. Cuando se calientan, se ablandan y fluyen, pero se solidifican cuando se enfrían. Aunque estos polímeros no se mezclan, debido a los enlaces de hidrógeno que forman, se adhieren fuertemente entre sí para crear un material multicapa duradero.
Al calentar la piel sintética, los investigadores pudieron acelerar el proceso de curación. A temperatura ambiente, la curación puede demorar hasta una semana, pero cuando se calienta a solo 70 °C, la autoalineación y la curación ocurren en aproximadamente 24 horas. Los dos materiales se diseñaron cuidadosamente para tener respuestas viscosas y elásticas similares a la tensión externa en un rango de temperatura apropiado.
“La piel también tarda en sanar. Me corté el dedo el otro día y todavía se estaba curando cuatro o cinco días después”, expresa Cooper. “Para nosotros, la parte más importante es que se cura para recuperar funciones sin nuestro aporte o esfuerzo”, agrega.
Más propiedades y perspectivas
Los ingenieros agregaron materiales magnéticos a sus capas de polímero para permitir que la piel sintética no solo se cure, sino también se autoensamble a partir de piezas separadas. “Combinando con la navegación guiada por campo magnético y el calentamiento por inducción, podemos construir robots blandos reconfigurables que pueden cambiar de forma y detectar su deformación a pedido”, explica Renee Zhao, ingeniera mecánica participante del proyecto.
“Nuestra visión a largo plazo es crear dispositivos que puedan recuperarse de daños extremos. Por ejemplo, imagine un dispositivo que cuando se rompe en pedazos y se desgarra podría reconstruirse de forma autónoma”, dice Cooper.
El avance presagia una nueva era de robots y prótesis envueltos en materiales sintéticos autorregenerables imbuidos de un sentido del tacto similar al humano. También vislumbra robots que podrían tragarse en pedazos y luego autoensamblarse dentro del cuerpo para realizar tratamientos médicos no invasivos. Los resultados del estudio fueron publicados este jueves en Science.
