¿Y si no tuviéramos piel? No tendríamos sentido del tacto, ni detección de frío o dolor, lo que nos dejaría incapacitados para responder a cualquier situación. La piel no es solo una cáscara protectora para los órganos, sino un sistema de señalización para la supervivencia que proporciona información sobre los estímulos externos o la temperatura, o un observatorio meteorológico que informa sobre el clima. Los receptores táctiles, distribuidos por toda la piel, sienten la temperatura o los estímulos mecánicos - como el tacto o un pellizco - y los convierten en señales eléctricas para el cerebro.

El reto de la piel electrónica, que se está desarrollando para su uso en pieles artificiales o robots similares a los humanos, como los humanoides, es hacer que sienta las temperaturas y los movimientos tal como la piel humana los siente, y tanto como sea posible. Hasta ahora, hay pieles electrónicas que pueden detectar el movimiento o la temperatura por separado, pero ninguna es capaz de reconocer ambos simultáneamente como la piel humana.

Un equipo de investigación formado por el profesor de POSTECH Unyong Jeong y el Dr. Insang You del Departamento de Ciencia de Materiales e Ingeniería, y el profesor Zhenan Bao de la Universidad de Stanford ha desarrollado conjuntamente una piel electrónica que puede medir la temperatura y la estimulación mecánica al mismo tiempo. Los resultados de la investigación, publicados en la revista Science, se caracterizan por haber producido estructuras muy simples mediante la aplicación de las propiedades especiales de los conductores de iones.

Hay varios receptores táctiles en la piel humana que pueden detectar temperaturas calientes o frías, así como otras sensaciones táctiles como pellizcar, retorcer o empujar. A través de estos receptores, los humanos pueden distinguir entre los estímulos mecánicos y la temperatura. La piel electrónica convencional fabricada hasta ahora tenía el problema de sufrir grandes errores en la medición de la temperatura si se aplicaban estímulos mecánicos a la piel.

Una imagen de reconocimiento cuando se empujó la piel electrónica de iones. El cambio de temperatura y la dirección de la fuerza en la parte del contacto se reconocen con precisión. (Foto: POSTECH)

La piel humana se puede estirar libremente y sin embargo es irrompible hasta cierto punto porque está llena de electrolitos, por lo que el equipo de investigación conjunta decidió usarlos para su sensor. También aprovecharon el hecho de que el material conductor de iones que contiene electrolito puede tener diferentes propiedades medibles según su frecuencia de medición. Sobre la base del nuevo hallazgo, se creó un receptor artificial multifuncional que puede medir la sensación táctil y la temperatura al mismo tiempo.

Además, el equipo de investigación derivó variables - el tiempo de relajación de la carga y la capacitancia normalizada - que solo responden a las temperaturas en los conductores de iones y variables que solo responden a los estímulos mecánicos. Los resultados de las variables se pudieron obtener midiendo a solo dos frecuencias de medición. El tiempo de relajación de la carga, que es el tiempo que tarda en desaparecer la polarización de los iones, puede medir la temperatura y no responde a los movimientos, y la capacitancia normalizada puede medir los movimientos sin responder a la temperatura.

Este receptor artificial con una estructura simple de electrodo-electrolito-electrodo tiene un gran potencial de comercialización y mide con precisión la temperatura del objeto aplicado, así como la dirección o el perfil de tensión sobre los estímulos externos como apretar, pellizcar, extender y torcer.

Se prevé que la piel electrónica de iones multimodal, que puede estirarse o modificarse libremente pero que también puede detectar la temperatura, sea aplicable a sensores de temperatura que se puedan llevar puestos o a pieles para robots similares a los humanos, como los humanoides.
 
"Cuando un dedo índice toca una piel electrónica, esta detecta el contacto como un cambio de temperatura, y cuando un dedo empuja la piel, la parte posterior del área de contacto se estira y la reconoce como movimiento", explicó el Dr. Insang You de POSTECH que es el primer autor del trabajo. "Sospecho que este mecanismo es una de las formas en que la piel humana real reconoce diferentes estímulos como la temperatura y el movimiento. El objetivo final de esta investigación es crear una piel electrónica que simule los receptores táctiles y los neurotransmisores humanos, lo que ayudará a restaurar el sentido del tacto en pacientes que hayan perdido la sensación táctil debido a enfermedades o accidentes".




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