La electrónica similar a la piel podría integrarse perfectamente con el cuerpo para aplicaciones en el control de la salud, la terapia con medicamentos, los dispositivos médicos implantables y los estudios biológicos.

Con la ayuda del Centro Polsky para el Emprendimiento y la Innovación, Sihong Wang, profesor asistente de ingeniería molecular en la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago, obtuvo patentes para los componentes básicos de estos novedosos dispositivos.

Basándose en la innovación en los campos de la física de semiconductores, la mecánica de sólidos y las ciencias de la energía, este trabajo incluye la creación de matrices de transistores y semiconductores poliméricos estirables, que proporcionan un rendimiento eléctrico excepcional, altas propiedades semiconductoras y capacidad de estiramiento mecánico. Además, Wang ha desarrollado nanogeneradores triboeléctricos como una nueva tecnología para recolectar energía del movimiento de un usuario y ha diseñado el proceso de almacenamiento de energía asociado.

El objetivo es combinar estos avances para desarrollar dispositivos que puedan adherirse a la piel de un usuario o dentro del cuerpo para detectar señales vitales en tiempo real "mucho más" eficazmente que las opciones disponibles actualmente, dijo Wang, y agregó que este trabajo ha sido uno de los áreas de progreso más rápido en la ciencia de los materiales y la ingeniería electrónica.

"Durante la última década, esta dirección general de desarrollar productos electrónicos que puedan funcionar de manera más íntima con el cuerpo humano realmente ha atraído mucha atención de la academia y la industria", dijo Wang. "Porque la gente ha visto la gran brecha y también la gran oportunidad de tener la electrónica que funciona para el cuerpo humano de una manera más íntima".

Aprovechando esta oportunidad, Wang está llevando su investigación en varias direcciones. "Creamos una nueva estructura y presentamos una patente a través de Polsky en función de nuestros desarrollos para un nuevo tipo de sensor de presión, que puede estirarse de manera similar a la piel pero no tiene un cambio en el rendimiento", explicó Wang.

Trabajando con sus colegas Stacy Lindau, MD, MA, profesora de obstetricia y ginecología y medicina-geriatría y directora de un laboratorio de investigación en la División de Ciencias Biológicas, y Sliman Bensmaia, James y Karen Frank Family Professor of Organismal Biology and Anatomy, Wang es utilizando este sensor para crear un sistema de prótesis neural que se implantaría debajo de la piel de las pacientes de mastectomía. Llamado Bionic Breast Project, el objetivo es restaurar la sensibilidad en el área de los senos.

"Dichos sensores pueden funcionar de manera similar a los receptores de detección en el seno para detectar contacto/movimiento físico, al convertirlo en una señal eléctrica", dijo Wang.

Estos sensores también podrían usarse para desarrollar la llamada piel electrónica para robótica suave, dándoles la capacidad de sentir y percibir de nuevas maneras. Sin embargo, en los próximos cinco años, Wang dijo que espera que las aplicaciones más inmediatas de este trabajo sean para un dispositivo que extraiga varios tipos de señales del cuerpo, como el pulso y la presión arterial. Y están haciendo precisamente eso.

De cara al futuro, el objetivo es detectar señales de diferentes biomarcadores en el sudor.

"En la práctica médica actual, la única forma de obtener un panel de información bioquímica es a través de un análisis de sangre, que no solo es invasivo sino instantáneo", señaló Wang. "Este sería otro gran cambio en la forma en que todos pueden obtener su estado de salud de una manera mucho más efectiva y frecuente". Wang publicó recientemente los dos primeros trabajos que describen la estrategia para lograr biosensores estirables con alta sensibilidad y selectividad.

Pantallas extensibles y procesamiento de datos en el cuerpo con IA

Otro componente crítico de los dispositivos similares a una piel es una pantalla flexible para comunicarse con los usuarios. Para ello, Wang y su grupo han desarrollado otro importante nuevo tipo de material:los polímeros electroluminiscentes. Altamente eficiente, el polímero emite luz brillante y mantiene el rendimiento mientras se estira.

Completando el trabajo, el equipo también está explorando la combinación de los dispositivos con inteligencia artificial (IA).

"Pensamos en el futuro, el éxito de los dispositivos portátiles estará en su capacidad para extraer y monitorear continuamente la información de salud del cuerpo humano", dijo Wang. "Entonces, los datos generados serán realmente 'grandes datos' en comparación con ahora, y solo tendrán instantáneas de un informe de prueba".

Al igual que con todos los conjuntos de datos, la siguiente pregunta es cómo analizar y extraer información de salud útil de manera efectiva y de alto rendimiento.

"Estamos tratando de desarrollar un nuevo tipo de dispositivo y plataforma informática que pueda implementar de manera realmente eficiente la inteligencia artificial o el algoritmo de aprendizaje automático directamente en la piel o en el cuerpo sin depender de cambiar o transmitir información de forma inalámbrica a una ubicación informática central, como la nube". explicó Wang. "El análisis puede ser mucho más rápido y no corre el riesgo de perder información de salud muy privada de esas transmisiones inalámbricas".

La plataforma informática basada en semiconductores es una "computadora de red neuronal", inspirada en el funcionamiento del cerebro.

"En última instancia, podemos ayudar a lograr una medicina de precisión", dijo Wang. "Para cada individuo, los datos que recopila el dispositivo se pueden analizar a través de un programa personalizado que le brinda las cosas más útiles y efectivas que puede hacer, proporcionando una intervención de circuito cerrado para controlar su salud".

Eventualmente, el objetivo es crear algo que imite el cerebro humano no solo en las propiedades mecánicas sino también en la forma en que funciona y opera. "En general, hasta ahora la IA ha sido más un ámbito de investigación en ciencias de la computación", dijo Wang. "Pero para nosotros, como científicos de materiales, estamos trabajando en esto desde un ángulo diferente".

La investigación aparece en Advanced Materials y Materia . + Explora más

El dispositivo informático elástico se siente como la piel, pero analiza los datos de salud con inteligencia artificial que imita el cerebro