Sensores de tensión estirables inspirados en origami encuentran aplicación en dispositivos portátiles e implantables

Los sensores de tensión estirables existentes a menudo se basan en materiales blandos como el caucho. Sin embargo, estos materiales pueden sufrir cambios irreversibles en sus propiedades con el uso repetido, lo que da lugar a mediciones de deformación poco fiables. El desafío es desarrollar sensores que puedan estirarse significativamente, responder rápidamente y proporcionar lecturas precisas incluso cuando se enfrentan a deformaciones sustanciales y dinámicas. En respuesta, los investigadores han recurrido a una solución inspirada en el origami para crear sensores novedosos que podrían encontrar aplicación en la detección de deformaciones de órganos, dispositivos portátiles y robótica blanda.

Investigadores de la Universidad del Sur de California (USC, Los Ángeles, CA, EUA) han introducido una nueva estructura para los sensores inspirándose en el origami. Su diseño innovador permite plegar materiales más rígidos con electrodos en ambos lados del panel (imagine el sensor como un libro abierto con electrodos en la portada y en la contraportada). A medida que los electrodos se despliegan, miden la fuerza del campo eléctrico entre ellos. El equipo ha desarrollado un modelo que traduce esta medida en un valor que captura el alcance de la deformación. Estos sensores se pueden conectar a estructuras blandas en movimiento, que van desde los tendones mecánicos de prótesis de miembros hasta los tejidos pulsantes de órganos internos humanos, para monitorear los cambios de forma y el funcionamiento adecuado sin necesidad de cámaras.

Imagen: Los nuevos sensores inspirados en origami podrían usarse en dispositivos portátiles y robótica blanda (Fotografía cortesía de USC)

Los sensores recientemente diseñados pueden estirarse hasta tres veces su tamaño original manteniendo una alta precisión de detección incluso después de un uso repetido. Además, estos sensores muestran una rápida capacidad de respuesta, detectando deformaciones en menos de 22 milisegundos en áreas muy pequeñas (alrededor de 5 milímetros cuadrados). Además, pueden identificar cepas desde varias direcciones. Debido a su capacidad para medir con precisión deformaciones extensas, complejas y rápidas, estos sensores ofrecen numerosas posibilidades de implementación práctica en electrónica portátil, prótesis y robótica. Pueden encontrar aplicaciones para rastrear los movimientos de robots blandos, monitorear los movimientos de las articulaciones humanas o incluso observar órganos como la vejiga para identificar anomalías que indican enfermedades. Si bien inicialmente fueron diseñados para controlar robótica blanda (desde delicadas pinzas robóticas hasta dispositivos de vigilancia con forma de serpiente), estos sensores también son adecuados para innovaciones en biomedicina.

"Podemos aplicar estos sensores como dispositivos biomédicos portátiles o implantables para el seguimiento de la atención sanitaria", explicó Hangbo Zhao, que dirigió el grupo de investigación. “Por ejemplo, rastrear el movimiento y la flexibilidad de nuestra piel o nuestras articulaciones. También existe una gran demanda para desarrollar sensores implantables que puedan monitorear continuamente el estado funcional de los órganos internos que experimentan expansión y contracción cíclica”.

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Universidad del Sur de California