Restauración del sentido del tacto: avances en la tecnología de piel artificial

Dios y Adán, Dios y Adán, conexión táctil.

La siguiente es la primera parte de una serie sobre integración cerebro-máquina y soluciones biomecánicas para restaurar la función de los tejidos dañados por enfermedades, traumas o el tiempo.

Los investigadores han desarrollado tecnología háptica en los últimos años para recrear la sensación táctil aplicando fuerzas al usuario. Los hápticos se han implementado en realidad virtual, telerrobótica, simulaciones por computadora y más.

Los avances recientes en la tecnología de la piel artificial pueden llevar la tecnología háptica a un nuevo nivel, permitiendo que las personas con prótesis vuelvan a sentir la sensación del tacto. La piel es el órgano más grande del cuerpo. Protege nuestros órganos más vulnerables de patógenos, desechos, radiación y otros daños. Su otro papel, sin embargo, es mucho más complicado.

La sensación del tacto resulta de una red de neutrones incrustados en la piel que transmiten señales desde los puntos más externos de nuestro cuerpo a nuestro sistema nervioso central. Cuando toca el teléfono, la tableta o la computadora que tiene delante, la sensación del tacto es una serie de señales eléctricas enviadas al cerebro. Cuando se corta esta conexión, como en las lesiones de la columna vertebral o la pérdida de una extremidad, se pierde la sensación del tacto.

Sin embargo, es posible que esta pérdida ya no sea permanente. Los investigadores Wang et al. presentó recientemente una tecnología avanzada de piel electrónica que permite una retroalimentación sensorial detallada y una interacción suave con nuestro entorno. La piel electrónica es suave, imita las características físicas de la piel humana y se puede codificar para sentir el tacto, los cambios de temperatura y la presión, todo transmitido al cerebro mediante redes neuronales artificiales. Esencialmente, crearon una piel artificial que podría devolver el quinto sentido a quienes lo han perdido.

En su mayor parte, los sistemas electrónicos siguen siendo rígidos y rígidos. Los últimos años han traído el advenimiento de materiales electrónicos más flexibles, como la fabricación de dispositivos blandos, que permite construir algo como una piel electrónica. Un problema que quedó para Wang et al. fue que incluso los mejores materiales electrónicos flexibles seguían siendo de alto voltaje (30 a 100 V). Un dispositivo portátil con un voltaje tan alto presenta un riesgo significativo para el usuario.

Para superar el problema del alto voltaje, los investigadores desarrollaron un aislante de tres capas para agregar a la piel electrónica. El aislante es suave y delgado, lo que mantiene la piel electrónica fácil de usar y flexible.

La dificultad más significativa con e-skin es detectar el contacto con un objeto externo, sino más bien la interpretación del cerebro del sentido y la reacción a él. Cuando tocas algo hirviendo, tu cerebro detecta inmediatamente el peligro e inconscientemente retrocedes al instante. Esta es la retroalimentación sensorial. La red neuronal que conecta su piel con su cerebro permite una respuesta rápida al tacto, más rápido de lo que podemos pensar conscientemente. Con piel artificial, el mecanismo de retroalimentación sensorial debe reconstruirse.

Cuando tocas algo, las señales analógicas se codifican en señales eléctricas y se transmiten al cerebro a través de los nervios. Para la piel electrónica, los investigadores construyeron una red de transistores sinápticos de estado sólido para transportar las señales eléctricas.

Wang et al. desarrolló un sistema de circuito cerrado que conecta la piel electrónica con la corteza somatosensorial en un modelo de rata viva. La corteza somatosensorial está ubicada muy cerca de la corteza motora, lo que ayuda a la velocidad a la que nuestras respuestas motoras pueden ser tan rápidas. Los experimentos in vivo mostraron presión sobre la piel electrónica que resultó en una activación significativa de la corteza somatosensorial y, a su vez, una activación muscular considerable en la rata.

Luego de una ronda significativa de pruebas en animales y humanos para determinar la seguridad y la eficacia, la tecnología e-skin de Wang et al. podría usarse en varias aplicaciones. En primer lugar, de forma regenerativa, podría restaurar la sensación táctil a los casi dos millones de amputados solo en los Estados Unidos, así como a todos aquellos con enfermedades o condiciones preexistentes que afectan la sensación táctil.

Además, la piel electrónica podría usarse industrialmente, ya sea aplicándola a maquinaria operada por humanos para equipar mejor al operador o incluso a robots para recibir datos para realizar mejor su operación.

Si bien esta tecnología está al menos a años de la comercialización generalizada, con el rápido desarrollo de la robótica, la inteligencia artificial y otras mejoras regenerativas significativas, pronto veremos una proliferación de este y otros avances similares.