Una piel de silicio permite sentir el calor, la humedad y hasta una caricia

Combinando los últimos avances en nanotecnología y neurociencia, un equipo de investigadores de Corea del Sur ha creado una piel artificial capaz de sentir casi todas las sensaciones físicas humanas. Con paciencia asiática diseñaron una matriz de silicio donde, capa a capa, colocaron minúsculos sensores de presión, calor o humedad. Conectados a los nervios de un amputado, le podrían devolver la capacidad de sentir.

2014 ha sido un gran año para la biónica. Aún no están disponibles en el mercado, pero se han desarrollado manos biónicas que, por ejemplo, han devuelto a un amputado la destreza para usar un taladro. Sin embargo, estos avances se han concentrado en la integración con el sistema nervioso y la movilidad. Uno podría freír unos huevos en la sartén, pero si la pierde de vista, podría quemarse la prótesis hasta dejarla en los hierros como en Terminator.

Lo que ha hecho un equipo de la Universidad Nacional de Seúl ha sido crear una piel que, algún día, podría recubrir aquellas prótesis y dotarlas de la capacidad de sentir que tiene la piel humana. En ésta, repartidos con la maestría que solo la evolución atesora, una serie de receptores sensoriales transmite sensaciones táctiles y térmicas al cerebro. Sin ellos, no habría manera de diferenciar una caricia de una quemadura o del frío. Todo eso es lo que han conseguido replicar en una piel artificial.

"Se puede sentir una caricia y también varias sensaciones de forma simultánea", dice el responsable del programa de bioingeniería de la universidad coreana, Dae-Hyeong Kim, y principal autor de la investigación. Usando silicio monocristalino, el mismo del que están hechos los chips, Kim y su equipo crearon diferentes capas de nanocintas (una de las estructuras más prometedoras de la nanotecnología) para cada sensación. Cada una de las capas tiene un grosor de apenas tres micras (un micrómetro es la millonésima parte de un metro).

La red de nanosensores de presión, térmicos o humedad va en capas de tres micras de grosor

Sobre una matriz aislante, colocaron la primera capa de nanocintas con sensores para el calor. "El sensor de temperatura está basado en diodos de silicio", explica Kim. Con ellos, la piel artificial puede detectar los cambios térmicos del exterior. Pero esta piel, además, se parece a la humana porque es capaz de transmitir su propio calor. "El calentador es diferente del sensor, hecho de oro y basado en el efecto Joule, a medida que la corriente fluye, genera calor. De hecho, esta epidermis de silicio se mantiene a 36,5º, con lo que la calidez de su tacto es aún más real.

Otra de las capas se encarga de captar la presión y la tensión. Si la piel humana es elástica, la artificial también tiene que serlo. Para acertar con el diseño del material, estudiaron a conciencia los movimientos naturales de la mano. Durante una serie de pruebas, una decena de cámaras grabó giros de muñeca, palmas levantadas o puños cerrados. Un adhesivo especial con sensores de tensión recogía datos sin parar. Así, por ejemplo, al cerrar el puño, la piel se estira una media del 5%, en especial en la zona de los nudillos. Y si se gira la muñeca hacia abajo, en esta parte el estiramiento puede llegar hasta un 16%. Con estos datos, los ingenieros crearon un patrón para que su piel se pudiera estirar hasta un 50% sin afectar al rendimiento de los sensores.

Pero la sensación más complicada de imitar fue la de la humedad. La piel cuenta con receptores capaces de detectar un calor húmedo o un frío seco, pero la ciencia aún no sabe cómo lo hace. Los investigadores coreanos recurrieron a un pequeño truco. Usaron nanocondensadores para aprovechar la propiedad conocida como capacidad eléctrica o capacitancia. Con ellos, podían registrar la mayor o menor presencia de moléculas de agua en el exterior y determinar la humedad o sequedad alrededor de la piel.

Tal y como cuentan en la revista Nature Communications, los bioingenieros probaron la eficacia de su piel de silicio en ratas. Las terminaciones de las distintas capas fueron conectadas al sistema nervioso del roedor para comprobar su viabilidad. Y ¿en humanos? "En teoría debería funcionar, pero tenemos que hacer más experimentos con animales más grandes para asegurarnos", explica Kim.

"Un trabajo de investigación impresionante"

"Es una tecnología muy interesante, sobre todo la manera de integrar tipos distintos de sensores en espacios reducidos y con flexibilidad para conformar superficies", opina el investigador de la universidad sueca de Chalmers, Max Ortiz Catalán. Este bioingeniero mexicano, no relacionado con esta investigación, es uno de los mayores expertos mundiales en biónica. Hace unas semanas dio a conocer los resultados de su trabajo: una mano biónica que implantada en el brazo de un camionero sueco y que le ha permitido hacer vida casi normal.

El gran reto está en la interfaz neural y la comunicación hombre-máquina", dice el experto Ortiz Catalán

"En cuanto a la cantidad y densidad de sensores, es un trabajo de investigación impresionante", reconoce Ortiz Catalán. Pero, en su opinión, aún queda lo más difícil, conectar estos sensores artificiales al sistema nervioso de una manera segura y duradera. "El mayor problema está en la interfaz neural y la comunicación hombre-máquina. Para transmitir toda la información de la piel artificial necesitarías muchos contactos independientes con células nerviosas (axones) y además tener una manera de transferir esta información entre la prótesis y el paciente", recuerda.

Si se consiguen superar estos obstáculos, una piel de silicio como esta podría completar la mano biónica creada por el equipo de Ortiz Catalán y, ahora sí, devolverle la capacidad de sentir todas o casi todas las sensaciones perdidas por un amputado.