Conector universal hace más simple y rápido el ensamblaje de dispositivos estirables para atención médica

Los dispositivos estirables, como los robots blandos y los dispositivos portátiles para la atención médica, se ensamblan con la ayuda de varios módulos que tienen diferentes características materiales, como suavidad o rigidez. Sin embargo, las pastas comerciales que se aplican actualmente para conectar los módulos normalmente no pueden transmitir señales mecánicas y eléctricas con fiabilidad cuando se deforman o se rompen con facilidad. Para crear un dispositivo que funcione de manera confiable, los conectores del módulo (interfaces) deben construirse a la medida con la fuerza suficiente para realizar las tareas para las que fueron hechos. Ensamblar fácilmente dispositivos estirables mientras conservan su resistencia y confiabilidad bajo estrés sigue siendo un desafío que ha limitado su desarrollo.

Ahora, un equipo internacional dirigido por investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur, Nanyang Ave, Singapur) ha desarrollado un conector universal para ensamblar dispositivos elásticos de manera simple y rápida. Su interfaz BIND (interfaz bifásica, nanodispersa) simplifica el ensamblaje de dispositivos estirables y también ofrece un excelente desempeño mecánico y eléctrico. De manera similar a la construcción de estructuras con bloques de Lego, es posible ensamblar dispositivos estirables de alto rendimiento con solo presionar juntos cualquier módulo que tenga la interfaz BIND. Este método fácil y simple de conectar módulos electrónicos podría permitir a los productores ensamblar futuros dispositivos extensibles mediante el uso de componentes 'plug-and-play' basados en sus diseños.

Imagen: En las pruebas de elasticidad, los módulos pudieron soportar el estiramiento de hasta siete veces su longitud original antes de romperse (Fotografía cortesía de NTU Singapur)

Los investigadores desarrollaron la interfaz BIND mediante la evaporación térmica de nanopartículas de metal (oro o plata) para crear una robusta nanoestructura interpenetrante dentro de un termoplástico blando generalmente utilizado en dispositivos electrónicos estirables (estireno-etileno-butileno-estireno). Esta nanoestructura ofrece vías mecánicas y eléctricas continuas, que permiten que los módulos con conexiones BIND sigan siendo robustos a pesar de estar deformados. El equipo realizó experimentos en los que los módulos unidos por la interfaz demostraron un excelente desempeño. Durante las pruebas de elasticidad, los módulos pudieron estirarse hasta siete veces su longitud original antes de romperse finalmente. Además, la transmisión eléctrica de los módulos permaneció robusta hasta 2,8 veces la longitud original cuando se estiraron. Los investigadores también evaluaron la dureza interfacial de la interfaz BIND mediante el uso de una prueba de adhesión de pelado estándar, en la que se prueba la fuerza adhesiva entre dos módulos separándolos a una velocidad constante a 180°. En el caso de los módulos de encapsulación, los investigadores encontraron que la interfaz BIND era 60 veces más fuerte que los conectores convencionales.

Además, los investigadores demostraron la viabilidad de su uso en aplicaciones de la vida real al construir dispositivos estirables usando la interfaz BIND y luego probarlos en modelos de ratas y piel humana. Las grabaciones del dispositivo de monitoreo estirable adherido a los modelos de rata mostraron una calidad de señal confiable a pesar de las interferencias con los cables, como tocar o tirar. El dispositivo adherido a la piel humana logró recolectar señales de electromiografía (EMG) de alta calidad que miden la actividad eléctrica generada en los músculos durante la contracción y relajación, incluso bajo el agua. El equipo de investigación ha presentado una patente internacional y ahora está desarrollando una tecnología de impresión más eficiente para ampliar la elección de materiales y la aplicación final de su innovación. Esto acelerará su transición del laboratorio al diseño y fabricación de productos.

“Nuestra innovación revolucionaria hace que sea muy fácil formar y utilizar un dispositivo estirable, ya que funciona como un 'conector universal'. Cualquier módulo electrónico que tenga la interfaz BIND se puede conectar simplemente presionándolos juntos durante menos de 10 segundos”, dijo Chen Xiaodong, autor principal del estudio. “Además, eliminamos el engorroso proceso de crear interfaces personalizadas para sistemas específicos, lo que creemos ayudará a acelerar el desarrollo de dispositivos elásticos”.

“Estos impresionantes resultados demuestran que nuestra interfaz se puede usar para construir dispositivos portátiles o robots blandos altamente funcionales y confiables”, agregó el Dr. Jiang Ying, becaria investigadora de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la NTU. “Por ejemplo, se puede usar en rastreadores de actividad física portátiles de alta calidad donde los usuarios pueden estirarse, gesticular y moverse de la manera que les resulte más cómoda, sin afectar la capacidad del dispositivo para capturar y monitorear sus señales fisiológicas”.

Enlaces relacionados:
NTU Singapur