Un equipo de ingenieros del MIT ha diseñado un nuevo guante sensible al tacto que puede «sentir» la presión y otros estímulos táctiles
Los investigadores explican que el guante táctil podría ayudar a reentrenar la función motora y la coordinación en personas que han sufrido un derrame cerebral u otra habilidad motora fina. Pero, además, podrían convertirse en el gadget que le falta a la Realidad Virtual para ofrecer una experiencia indistinguible del día a día, el tacto.
Su interior está revestido con electrodos sensores delgados, del tamaño de un grano de arena, revestidos con miles de filamentos microscópicos de oro o «micropilares». El guante también podría adaptarse para aumentar las sensaciones de la realidad virtual y las experiencias de juego.
El equipo prevé integrar los sensores de presión no solo en guantes táctiles, sino también en adhesivos flexibles para rastrear el pulso, la presión arterial y otros signos vitales con mayor precisión que los relojes inteligentes y otros monitores portátiles.
El forro interior del guante está tachonado con pequeños electrodos del tamaño de un grano de arena que pueden detectar y mapear cambios sutiles en la presión. El guante podría ayudar a restaurar la función motora después del golpe y mejorar las experiencias de juego virtual.
Cuando los sujetos usaban el guante mientras levantaban un globo en lugar de un vaso de precipitados, los sensores generaban mapas de presión específicos para cada tarea. Sostener un globo produjo una señal de presión relativamente uniforme en toda la palma, mientras que sostener un vaso de precipitados creó una presión más fuerte en las yemas de los dedos.
El interior del guante lleva un sistema de sensores que detecta, mide y mapea pequeños cambios de presión en el guante. Los sensores individuales están altamente sintonizados y pueden captar vibraciones muy débiles a través de la piel, como el pulso de una persona.
“La simplicidad y confiabilidad de nuestra estructura de detección es muy prometedora para una diversidad de aplicaciones de atención médica, como la detección del pulso y la recuperación de la capacidad sensorial en pacientes con disfunción táctil”, dice Nicholas Fang, profesor de ingeniería mecánica en MIT.
Fang y sus colaboradores detallan sus resultados en un estudio que aparece hoy en Nature Communications . Los coautores del estudio incluyen a Huifeng Du y Liu Wang en el MIT, junto con el grupo del profesor Chuanfei Guo en la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur (SUSTech) en China.
Uno de los sensores de presión puede detectar cambios pequeños y rápidos de presión en la punta de los dedos, como cuando se frotan ligeramente los dedos, como se muestra en este video.
Sintiendo con sudor
Los sensores de presión del guante son similares en principio a los sensores que miden la humedad. Estos sensores, que se encuentran en los sistemas HVAC, refrigeradores y estaciones meteorológicas, están diseñados como pequeños condensadores, con dos electrodos o placas de metal, intercalando un material «dieléctrico» gomoso que transporta las cargas eléctricas entre los dos electrodos.
En condiciones de humedad, la capa dieléctrica actúa como una esponja para absorber los iones cargados de la humedad circundante. Esta adición de iones cambia la capacitancia, o la cantidad de carga entre los electrodos, de una manera que se puede cuantificar y convertir en una medida de humedad.
Cuando se aprieta un sensor, el equilibrio de cargas en su capa dieléctrica cambia, de una manera que se puede medir y convertir en presión. Pero la capa dieléctrica en la mayoría de los sensores de presión es relativamente voluminosa, lo que limita su sensibilidad.
Para sus nuevos sensores táctiles, el equipo de MIT y SUSTech eliminaron la capa dieléctrica convencional en favor de un ingrediente sorprendente: el sudor humano. Como el sudor contiene naturalmente iones como sodio y cloruro, razonaron que estos iones podrían servir como sustitutos dieléctricos. En lugar de una estructura de sándwich, imaginaron dos electrodos delgados y planos, colocados sobre la piel para formar un circuito con cierta capacitancia. Si se aplicara presión a un electrodo «sensor», los iones de la humedad natural de la piel se acumularían en la parte inferior y cambiarían la capacitancia entre ambos electrodos en una cantidad que pudieran medir.
Descubrieron que podían aumentar la sensibilidad del electrodo sensor cubriendo su parte inferior con un bosque de pelos conductores diminutos y flexibles. Cada cabello serviría como una extensión microscópica del electrodo principal, de modo que, si se aplicara presión a, digamos, una esquina del electrodo, los pelos en esa región específica se doblarían en respuesta y acumularían iones de la piel, el grado y su ubicación podría medirse y cartografiarse con precisión.
En su nuevo estudio, el equipo fabricó electrodos sensores delgados del tamaño de un grano revestidos con miles de filamentos microscópicos de oro o «micropilares».
Demostraron que podían medir con precisión el grado en que los grupos de micropilares se doblaban en respuesta a diversas fuerzas y presiones. Cuando colocaron un electrodo sensor y un electrodo de control en la yema del dedo de un voluntario, encontraron que la estructura era muy sensible.
Los sensores pudieron captar fases sutiles en el pulso de la persona, como diferentes picos en el mismo ciclo. También podían mantener lecturas de pulso precisas, incluso cuando la persona que usaba los sensores agitaba sus manos mientras caminaban por una habitación.
“El pulso es una vibración mecánica que también puede causar deformación de la piel, que no podemos sentir, pero los sensores del guante pueden reaccionar”, dice Fang.
Un guante de seda
Comenzaron con un guante de seda. Después, cortaron pequeños cuadrados de tela de carbono, un tejido que se compone de muchos filamentos delgados similares a micropilares.
Convirtieron cada cuadrado de tela en un electrodo sensor rociándolo con oro, un metal conductor natural. Luego pegaron los electrodos de tela a varias partes del forro interior del guante, incluidas las yemas de los dedos y las palmas, y enhebraron fibras conductoras a lo largo del guante para conectar cada electrodo a la muñeca del guante, donde los investigadores pegaron un electrodo de control.
Varios voluntarios se turnaron para usar el guante táctil y realizar varias tareas, como sostener un globo y agarrar un vaso de precipitados de vidrio. El equipo recopiló lecturas de cada sensor para crear un mapa de presión en el guante durante cada tarea. Los mapas revelaron patrones de presión distintos y detallados generados durante cada tarea.
Esta investigación fue apoyada, en parte, por el Centro Conjunto de Investigación y Educación en Ingeniería Mecánica del MIT y SUSTech.
Te puede interesar:
