Ingenieros y científicos han desarrollado una piel artificial capaz de detectar cambios de temperatura. Utiliza un mecanismo similar al del órgano que permite a las víboras de foseta detectar a sus presas.
El material podría injertarse en extremidades protésicas para restablecer la percepción de la temperatura en personas amputadas. También podría aplicarse a vendajes de primeros auxilios para avisar a los profesionales sanitarios de un aumento de temperatura —un signo de infección— en las heridas.
Un artículo sobre el nuevo material se publica en la revista Science Robotics.
Mientras fabricaba maderas sintéticas en una placa de Petri, un equipo dirigido por Chiara Daraio, de Caltech, creó un material que mostró una respuesta eléctrica a los cambios de temperatura en el laboratorio. Resultó que el componente responsable de la sensibilidad a la temperatura era la pectina, una molécula de cadena larga presente en las paredes celulares de las plantas.
«La pectina se utiliza ampliamente en la industria alimentaria como agente gelificante; es lo que se usa para hacer mermelada. Así que es fácil de obtener y también muy barata», afirma Daraio, profesora de ingeniería mecánica y física aplicada en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.
Intrigado, el equipo centró su atención en la pectina y finalmente creó una película fina, transparente y flexible de pectina y agua, que puede tener apenas 20 micrómetros de grosor (equivalente al diámetro de un cabello humano). Las moléculas de pectina de la película tienen una estructura de doble cadena con enlaces débiles que contiene iones de calcio. A medida que aumenta la temperatura, estos enlaces se rompen y las dobles cadenas «se desabrochan», liberando los iones de calcio con carga positiva.
Ya sea el aumento de la concentración de iones de calcio libres o su mayor movilidad (probablemente ambas cosas, especulan los investigadores), el resultado es una disminución de la resistencia eléctrica en todo el material, que puede detectarse con un multímetro conectado a electrodos incrustados en la película.
La película detecta la temperatura mediante un mecanismo similar —aunque no idéntico— al de los órganos de foseta de las víboras, que permiten a las serpientes detectar presas calientes en la oscuridad mediante el calor radiado. En esos órganos, los canales iónicos de la membrana celular de las fibras nerviosas sensoriales se expanden a medida que aumenta la temperatura. Esta dilatación permite el flujo de iones de calcio y desencadena impulsos eléctricos.
Las pieles electrónicas existentes pueden detectar cambios de temperatura inferiores a una décima de grado Celsius en un intervalo térmico de 5 grados. La nueva piel puede detectar cambios diez veces menores y tiene una capacidad de respuesta cien veces mayor que la de otras pieles electrónicas en un intervalo térmico de 45 grados.
Hasta ahora, la piel puede detectar estos cambios diminutos en un intervalo de temperaturas de aproximadamente 5 a 50 grados Celsius (unos 41 a 158 grados Fahrenheit), lo que resulta útil para aplicaciones robóticas y biomédicas.
El siguiente objetivo del equipo de Daraio es ampliar ese intervalo hasta los 90 grados Celsius (194 grados Fahrenheit). Esto haría que los sensores de pectina fueran útiles para aplicaciones industriales, como sensores térmicos en electrónica de consumo o pieles robóticas para mejorar las interacciones entre humanos y robots. Para lograrlo, tendrán que cambiar el proceso de fabricación que utilizan actualmente para crear el material, ya que dicho proceso hace que haya agua, que tiende a formar burbujas o evaporarse a altas temperaturas.
Entre los colaboradores figuran ETH de Zúrich y la Universidad de Salerno. La Fundación Nacional Suiza para la Ciencia financió el trabajo.
