Esos lindos bigotes que ves en tu mascota hacen algo más que contraerse adorablemente. El largo, los pelos que sobresalen son en realidad receptores táctiles, enviando información vital sobre el entorno al cerebro y ayudando a los animales a entender su entorno.

Intrigado por la versatilidad de los pelos, Los investigadores de la Universidad de Texas en Dallas utilizaron polímeros con memoria de forma para crear versiones electrónicas llamadas e-bigotes, que imitan las propiedades de la cosa real. Describen su trabajo en un artículo publicado recientemente en la revista Materiales avanzados .

Las estructuras similares a pelos son un avance significativo hacia la ingeniería electrónica de la piel humana, según los investigadores que los ensamblaron.

Sensores de sellado

"Hay algunos ejemplos realmente interesantes en el reino animal de cómo los bigotes son útiles para sondear e interrogar el medio ambiente, "dijo Jonathan Reeder BS'12, Doctorado'16, autor principal del estudio que realizó la investigación como estudiante de doctorado en la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación Erik Jonsson.

Los sellos son un buen ejemplo, él dijo.

"Las focas usan bigotes largos para una detección muy compleja. Cuando nadan en el agua, sus bigotes realmente sienten el flujo de agua a medida que avanzan, "dijo Reeder, quien ahora es investigador postdoctoral en la Universidad Northwestern. "Se han realizado pruebas en las que una foca con los ojos vendados encuentra un pez nadando en la piscina y puede rastrearlo en función de la turbulencia. El pez perturba el agua, el agua turba los bigotes de la foca, y eso le da información sobre dónde está el pez. Es la estructura tridimensional de los bigotes la que permite estas funcionalidades avanzadas ".

Reeder se puso a trabajar creando su propia versión de un bigote, junto con su mentor doctoral, Dr. Walter Voit BS'05, MS'06. Voit, un profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales e ingeniería mecánica, es un autor del artículo.

Los contornos de los e-bigotes se cortaron de una hoja plana de polímero con memoria de forma, que es rígido a temperatura ambiente pero se vuelve flexible cuando se calienta. Se diseñó un sensor de deformación flexible en la parte superior de cada bigote, que tenía aproximadamente el mismo diámetro que un cabello humano y permanecía unido a la hoja.

Cuando los investigadores soplaron aire caliente por la parte inferior de los recortes, el material se volvió suave y flexible, permitiendo que los dedos meñiques, o bigotes electrónicos, se eleven y se vuelvan tridimensionales. Una vez que se ensamblaron los e-bigotes, Las perturbaciones indujeron cambios en la resistencia del sensor de deformación que permitieron el seguimiento preciso de cada posición del e-bigote.

"Hemos creado algunos de los bigotes electrónicos de mayor densidad hasta la fecha, ", Dijo Voit." Cuando tienes muchos sensores como este que se pueden arrastrar sobre una superficie, luego puede usarlos para medir muchas propiedades interesantes. Nuestros e-bigotes pudieron detectar la fuerza, presión, proximidad, temperatura, rigidez y topografía. A medida que rozan o se mueven a través de varios materiales, imitan las capacidades sensoriales de la piel humana ".

Replicar funciones de la piel

Los investigadores dijeron que la robótica y la prótesis podrían ser dos de las aplicaciones más importantes para los e-bigotes.

"Muchos robots ya recopilan información táctil de su entorno físico. Sin embargo, los sensores tradicionales carecen de la complejidad y riqueza del toque humano. Con e-bigotes, podemos aumentar los tipos de información que se pueden obtener al pasar un sensor por una superficie, "Reeder dijo." En robótica, Los e-bigotes podrían replicar las funcionalidades de la piel humana al determinar qué es duro y blando, caliente y fría, liso y rugoso. Podrían permitir que el robot identifique objetos e interactúe con ellos de forma segura, haciendo que los robots sean más 'amigables con los humanos' ".

La integración de bigotes electrónicos con una prótesis puede ser más difícil.

"La integración de sensores electrónicos directamente con la biología es la aplicación más convincente, pero presenta una serie de desafíos difíciles, Reeder dijo. cómo traducir las señales electrónicas generadas por el sensor al 'lenguaje' del sistema nervioso, y cómo formar un acoplamiento mecánico y eléctrico estable entre la electrónica flexible y el tejido blando ".

Por último, A los científicos les gustaría no solo replicar la función humana con prótesis, pero mejórelo.

"La sensibilidad de los e-bigotes a los cambios en la topología de la superficie y la temperatura, así como el tiempo de respuesta de los sensores, todos exceden las capacidades de la piel humana en al menos un orden de magnitud, ", Dijo Reeder." No es imposible que una persona con una prótesis en realidad tenga una mejor sensibilidad que con la mano humana ".

Otros investigadores de UT Dallas que participaron en el trabajo fueron el estudiante de posgrado en ingeniería mecánica Tong Kang y la estudiante de bioingeniería Sarah Rains.