Las pestañas y las cejas atrapan el polvo y los residuos que entran en los ojos. La misma idea se aplica a los pelos diminutos de la nariz y las orejas. A un nivel más microscópico, los diminutos cilios parecidos a pelos que recubren las células humanas ayudan a detectar cambios ambientales sutiles y pueden estimular los sentidos de una persona.
Estos son los conceptos que el candidato a doctorado en nanociencia y nanotecnología, Phillip Glass, y la asesora Daeha Joung, Ph.D., están siguiendo con sus sensores de cilios impresos en 3D en el Departamento de Física de la Facultad de Humanidades y Ciencias de la Virginia Commonwealth University. Los dos están explorando el campo de la mecanosensación, un término biológico para los métodos que utiliza el cuerpo para recolectar estímulos externos y enviarlos al cerebro, lo que resulta en sentidos como el tacto, el oído, el movimiento y el dolor. Los mecanorreceptores son células u órganos que realizan la detección.
Ahora están llevando el concepto humano a las máquinas y robots.
"Hay todo tipo de lugares donde podríamos usarlos", dijo Glass mientras mostraba los diminutos sensores impresos en 3D del laboratorio que parecen cabellos humanos. Las tecnologías de mecanodetección existentes, dijo Glass, pueden detectar presiones sostenidas, presiones rápidas y cambios de temperatura. "Pero un área que no ha sido tan explorada es el concepto de fuerza de 'deslizamiento'; por ejemplo, esa sensación que tienes en la piel cuando te quitas o te pones la ropa", dijo Glass.
El uso de los receptores del equipo aún está por verse, pero Glass y Joung, profesor asistente de biofísica experimental y nanociencia, señalan una serie de aplicaciones en los campos industrial, ambiental y biomédico. Describen sus hallazgos y la física detrás de su propiedad intelectual en un artículo de julio de 2023 que la pareja y su equipo de VCU publicaron en Advanced Science. , "Matrices de cilios artificiales impresas en 3D:una herramienta versátil para mecanodetección personalizable".
Los usos, dicen, podrían incluir robots quirúrgicos mínimamente invasivos equipados con mecanorreceptores de cilios para detectar mejor cambios mínimos de presión o temperatura, máquinas industriales que puedan medir el flujo de aire o agua, un robot que pueda leer braille o detección de desechos en un dispositivo altamente sensible. lente de la cámara.
En el caso de la lectura en braille, los cilios se alinearon en una estructura similar a un cepillo y se unieron a un robot, que fue arrastrado por una superficie con puntos braille. Los datos recopilados por el robot trazaron con precisión la forma del braille.
"La tecnología de Phillip y el Dr. Joung es realmente una plataforma que se puede utilizar en una serie de industrias, desde prótesis (piense en hacer que los dedos protésicos de una persona sean más sensibles al tacto) hasta la fabricación que requiere fluidos dinámicos", dijo Brent Fagg, Gerente senior de licencias en VCU TechTransfer and Ventures. "El desafío ahora es encontrar los socios adecuados en las primeras etapas para desarrollar una aplicación lista para el mercado, y estamos hablando con varios grupos que tienen interés".
Medir los caudales de aire y agua es una oportunidad crítica, dijo Glass, que es un factor importante en una amplia cantidad de mercados, desde fábricas hasta hospitales. "Muchas aplicaciones e industrias necesitan controlar, medir e incluso predecir la tasa de aire o agua", afirmó.
Los sensores de cilios de Glass se forman en una impresora 3D personalizada utilizando un material llamado policaprolactona (PCL) mezclado con grafeno (un súper nanomaterial altamente conductor) y un solvente que se seca al contacto con el aire. La impresión 3D también le da a Glass flexibilidad para imprimir cilios de diferentes tamaños "simplemente cambiando unas pocas líneas de código".
"Uno de los grandes atractivos de nuestra tecnología es que podemos imprimir pelos de diferentes tamaños, que pueden sentir el estímulo de forma diferente", afirmó Glass. "Los pelos realmente largos se doblan más fácilmente que los cortos, por lo que mientras otros tipos de sensores de flujo de aire sólo pueden detectar un único rango de flujo, podemos imprimir nuestros cilios en diferentes tamaños y espacios y hacerlos más sensibles a una amplia gama de estímulos".
Para Joung, los sensores respaldan la importancia de la física como elemento fundamental en las aplicaciones del mundo real. "La mayor fortaleza de la física es que es la base para cualquier aplicación nueva, ya sea un dispositivo biomédico o un proceso de ingeniería", dijo Joung. "Phillip realmente ha adoptado un enfoque diferente, utilizando la singularidad y la creatividad para idear una nueva idea con potencial para el mundo real".
Más información: Phillip Glass et al, Matrices de cilios artificiales impresas en 3D:una herramienta versátil para mecanodetección personalizable, Ciencia avanzada (2023). DOI:10.1002/advs.202303164
Información de la revista: Ciencia avanzada
Proporcionado por la Universidad Virginia Commonwealth
