La piel electrónica totalmente alimentada por sudor puede controlar la salud

La piel electrónica totalmente alimentada por sudor puede controlar la salud

Piel electrónica con sudor. Crédito: Caltech

Una de las formas en que experimentamos el mundo que nos rodea es a través de nuestra piel. Desde la detección de temperatura y presión hasta el placer o el dolor, las muchas terminaciones nerviosas en nuestra piel nos dicen mucho.

Nuestra piel también puede contarle mucho al mundo exterior sobre nosotros. Las mamás presionan sus manos contra nuestras frentes para ver si tenemos fiebre. Una cita puede ver un sonrojo en nuestras mejillas durante una conversación íntima. La gente en el gimnasio puede inferir que estás haciendo un buen ejercicio con las gotas de sudor que tienes encima.

Pero Wei Gao de Caltech, profesor asistente en el departamento de Ingeniería Médica de Andrew y Peggy Cherng quiere aprender aún más sobre usted a través de su piel, y con ese fin, ha desarrollado una piel electrónica, o piel electrónica, que se aplica directamente en parte superior de tu piel real. La piel electrónica, hecha de goma suave y flexible, puede integrarse con sensores que monitorean información como la frecuencia cardíaca, la temperatura corporal, los niveles de azúcar en la sangre y los subproductos metabólicos que son indicadores de salud e incluso las señales nerviosas que controlan nuestros músculos. Lo hace sin la necesidad de una batería, ya que funciona únicamente con células de biocombustibles alimentadas por uno de los productos de desecho del cuerpo.

«Uno de los principales desafíos con este tipo de dispositivos portátiles está en el lado de la energía», dice Gao. «Muchas personas usan baterías, pero eso no es muy sostenible. Algunas personas han intentado usar células solares o cosechar el poder del movimiento humano, pero queríamos saber, ‘¿Podemos obtener suficiente energía del sudor para alimentar los wearables?’ Y la respuesta es sí.»






Video que muestra el uso de la piel electrónica para asistencia robótica. Un usuario que llevaba la piel electrónica en el brazo pudo controlar una prótesis de pierna mientras caminaba. Crédito: Yu et al., Sci. Robot. 5, eaaz7946 (2020)

Gao explica que el sudor humano contiene niveles muy altos de lactato químico, un compuesto generado como un subproducto de los procesos metabólicos normales, especialmente por los músculos durante el ejercicio. Las células de combustible incorporadas en la piel electrónica absorben ese lactato y lo combinan con oxígeno de la atmósfera, generando agua y piruvato, otro subproducto del metabolismo. A medida que funcionan, las celdas de biocombustibles generan suficiente electricidad para alimentar sensores y un dispositivo Bluetooth similar al que conecta su teléfono al estéreo de su automóvil, lo que permite que la piel electrónica transmita lecturas de sus sensores de forma inalámbrica.

«Si bien la comunicación de campo cercano es un enfoque común para muchos sistemas de piel electrónica sin batería, solo se podría usar para la transferencia de energía y la lectura de datos en una distancia muy corta», dice Gao. «La comunicación Bluetooth consume mayor potencia, pero es un enfoque más atractivo con conectividad extendida para aplicaciones médicas y robóticas prácticas».






Se colocaron dos sensores de tensión en la mano y el codo, respectivamente, y se conectaron al parche de piel electrónica colocado en el brazo. El e-skin pudo controlar de forma inalámbrica el movimiento de un brazo robótico en tiempo real. El brazo robótico reconoció los gestos del brazo humano y luego se acercó y agarró el objeto objetivo. Crédito: Yu et al., Sci. Robot. 5, eaaz7946 (2020)

Diseñar una fuente de energía que pueda funcionar con sudor no fue el único desafío para crear la piel electrónica, dice Gao; También necesitaba durar mucho tiempo con alta intensidad de potencia y mínima degradación. Las células de biocombustibles están hechas de nanotubos de carbono impregnados con un catalizador de platino / cobalto y una malla compuesta que contiene una enzima que descompone el lactato. Pueden generar una producción de energía continua y estable (hasta varios milivatios por centímetro cuadrado) durante varios días en sudor humano.

La piel electrónica totalmente alimentada por sudor puede controlar la salud

Esquema que representa un primer plano de una matriz de células de biocombustibles blandos que consta de ánodos y cátodos. Crédito: Yu et al., Sci. Robot. 5, eaaz7946 (2020)

Gao dice que el plan es desarrollar una variedad de sensores que se puedan incrustar en la piel electrónica para que se puedan usar para múltiples propósitos.


«Queremos que este sistema sea una plataforma», dice. «Además de ser un biosensor portátil, esta puede ser una interfaz hombre-máquina. Los signos vitales y la información molecular recopilada con esta plataforma podrían usarse para diseñar y optimizar prótesis de próxima generación».

El artículo que describe la piel electrónica, titulado «Piel electrónica suave con biocombustible para detección multiplexada e inalámbrica», aparece en la edición del 22 de abril de Ciencia Robótica.


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Célula de biocombustible a base de piel desarrollada para eliminar energía del sudor humano


Más información:
Y. Yu el al., «Piel electrónica suave alimentada por biocombustible con detección multiplexada e inalámbrica para interfaces hombre-máquina» Ciencia Robótica (2020). http://robotics.sciencemag.org … /scirobotics.aaz7946

Información del diario:
Ciencia Robótica

Proporcionado por
                                                                                                    Instituto de tecnología de California

Citación:
                                                 La piel electrónica totalmente alimentada por sudor puede controlar la salud (2020, 22 de abril)
                                                 Consultado el 28 de abril de 2020
                                                 de https://techxplore.com/news/2020-04-electronic-skin-fully-powered-health.html

                                           

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