Un equipo de científicos han desarrollado una piel artificial demasiado realista y con capacidad de autorrepararse, y que podría hacer realidad una nueva era de robots muy similares a los que vimos en la película “Terminator”.

El inventor es anunciado en la revista Science como la creación de capas de piel electrónica con un factor autorreparable y que se realinean de forma autónoma cuando son cortadas. ¿Impresionante, no?

El resumen del estudio científico indica lo siguiente:

“Los dispositivos electrónicos y robóticos blandos de autorreparación pueden, como la piel humana, recuperarse de forma autónoma del daño. Si bien los dispositivos actuales utilizan un solo tipo de polímero dinámico para todas las capas funcionales para garantizar una fuerte adhesión entre capas, este enfoque requiere una alineación manual de las capas.

En este estudio, utilizamos dos polímeros dinámicos, que tienen columnas vertebrales inmiscibles pero enlaces dinámicos idénticos, para mantener la adhesión entre capas y permitir la realineación autónoma durante la cicatrización. Estos polímeros dinámicos exhiben una interfaz adhesiva y de interpenetración débil, cuyo ancho es ajustable. Cuando las películas de polímero multicapa se desalinean después del daño, estas estructuras se realinean de forma autónoma durante la curación para minimizar la energía libre interfacial. Fabricamos dispositivos con partículas conductoras, dieléctricas y magnéticas que curan funcionalmente después del daño”.

Imitando la piel humana

La piel humana es increíble. Detecta la temperatura, la presión y la textura. Es capaz de estirarse y volver a saltar, una y otra vez. Y proporciona una barrera entre el cuerpo y las cosas malas del mundo: bacterias, virus, toxinas, radiación ultravioleta y más. Ahora, los ingenieros están ansiosos por crear una piel sintética. Imaginan robots y miembros protésicos que tienen cualidades similares a la piel, entre las cuales se encuentra la notable capacidad de curación de la piel.

Chris Cooper, Ph.D. candidato de la Stanford University, escribe en su investigación:

“Hemos logrado lo que creemos que es la primera demostración de un sensor de película delgada de varias capas que se realinea automáticamente durante la cicatrización. Este es un paso crítico para imitar la piel humana, que tiene múltiples capas que se vuelven a ensamblar correctamente durante el proceso de curación”.

Las capas son fundamentales para imitar las muchas cualidades de la piel.

Una fotografía de microscopio digital con perfil de profundidad de una película laminada alternante de 5 capas de películas de polímero dinámico inmiscibles que han sido dañadas, alineadas de forma autónoma, autorreparadas y luego separadas en un sujeto que no se autorrepara (para mostrar la ubicación de la daño). Crédito de imagen: Bao Group, Stanford U.

Sam Root, de la Stanford University y coautor del nuevo estudio, agrega:

“Es suave y estirable. Pero si lo perfora, lo rebana o lo corta, cada capa se curará de manera selectiva para restaurar la función general. Igual que la piel real”.

¡La piel artificial posee mecanismos inmunológicos!

La piel también está formada por capas. Acaba de desarrollar mecanismos inmunológicos que reconstruyen el tejido con la estructura en capas original a través de un proceso complejo que involucra reconocimiento y señalización molecular.

Cooper dijo:

“Con una verdadera ‘piel’, las capas deberían realinearse de forma natural y autónoma”.

Root dice que el equipo, dirigido por el profesor Zhenan Bao de la Stanford University, podría crear una piel sintética de varios niveles con capas funcionales individuales tan delgadas como una micra cada una, tal vez menos. Lo suficientemente delgado como para que una pila de 10 o más capas no sea más gruesa que una hoja de papel.

Root dijo:

“Una capa puede sentir presión, otra temperatura y otra tensión”.

El material de diferentes capas se puede diseñar para detectar cambios térmicos, mecánicos o eléctricos.

Piel artificial formada por largas cadenas moleculares conectadas

El secreto está en los materiales. La columna vertebral de cada capa está formada por largas cadenas moleculares conectadas periódicamente por enlaces de hidrógeno dinámicos, similares a los que mantienen unida la doble hélice de las hebras de ADN, que permiten que el material se estire repetidamente sin romperse. El caucho y el látex son dos polímeros naturales muy conocidos, pero también existen innumerables polímeros sintéticos. La clave es diseñar estructuras moleculares de polímeros y elegir la combinación correcta para cada capa: la primera capa de un polímero, la segunda de otro y así sucesivamente.

Representación por IA de un robot humanoide recubierto son piel artificial. Crédito de imagen: imagen generada por IA

Los investigadores utilizaron PPG (polipropilenglicol) y PDMS (polidimetilsiloxano, más conocido como silicona). Ambos tienen biocompatibilidad y propiedades eléctricas y mecánicas similares a las del caucho, y se pueden mezclar con nanopartículas o micropartículas para permitir la conductividad eléctrica. Fundamentalmente, los polímeros elegidos y sus respectivos compuestos son inmiscibles: aún no se mezclan entre sí, debido a los enlaces de hidrógeno, se adhieren bien entre sí para crear un material multicapa duradero.

Ambos polímeros tienen la ventaja de que cuando se calientan se ablandan y fluyen, pero se solidifican cuando se enfrían. Por lo tanto, al calentar la piel sintética, los investigadores pudieron acelerar el proceso de curación. A temperatura ambiente, la curación puede demorar hasta una semana, pero cuando se calienta a solo 70 °C (158 °F), la autoalineación y la curación ocurren en aproximadamente 24 horas. Los dos materiales se diseñaron cuidadosamente para tener respuestas viscosas y elásticas similares a la tensión externa en un rango de temperatura adecuado.

Cooper dijo:

“La piel también tarda en sanar. Me corté el dedo el otro día y todavía se estaba curando cuatro o cinco días después. Para nosotros, la parte más importante es que se cura para recuperar funciones sin nuestro aporte o esfuerzo”.

¿Qué viene después?

Cooper agrega:

“Nuestra visión a largo plazo es crear dispositivos que puedan recuperarse de daños extremos. Por ejemplo, imagine un dispositivo que, cuando se rompe en pedazos y se desgarra, podría reconstruirse a sí mismo de forma autónoma”.

Entre sus próximos pasos, los investigadores trabajarán para hacer que las capas sean lo más delgadas posible y para crear capas de función variable. El prototipo actual fue diseñado para detectar la presión, y se podrían incluir capas adicionales diseñadas para detectar cambios en la temperatura o la tensión.

En términos de visión de futuro, el equipo imagina, potencialmente, robots que podrían romperse en pedazos y luego autoensamblarse dentro del cuerpo para realizar tratamientos médicos no invasivos. Otras aplicaciones incluyen pieles electrónicas autocurativas multisensoriales que se adaptan a los robots y les proporcionan un sentido del tacto.

Ojo al piojo:

El avance de la tecnología siempre será bueno mientras sea desarrollado por mentes humanas equilibradas que busquen el bien común. Ya sabemos que esto es complicado de encontrar. El hecho de que en un futuro existan robots que se puedan autorreparar y con una apariencia casi humana es una preocupación latente. No sabemos que podría desencadenar esto.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en la revista Science.

[H/T: eurekalert]

Crédito imagen de portada: depositphotos.com

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