La «piel electrónica» elástica promete una alternativa barata y reciclable a los dispositivos portátiles

Muñeca del dispositivo de piel electrónico

Una persona usa un dispositivo de «piel electrónica» en la muñeca. Crédito: Chuanqian Shi

Investigadores de la Universidad de Colorado Boulder están desarrollando un dispositivo electrónico portátil que es «realmente portátil»: una placa de circuito elástica y totalmente reciclable que se inspira en la piel humana y se adhiere a ella.

El equipo, dirigido por Jianliang Xiao y Wei Zhang, describe su nueva «piel electrónica» en un artículo publicado hoy en la revista Science Advances. El dispositivo puede curarse a sí mismo, al igual que la piel real. También realiza de manera confiable una variedad de tareas sensoriales, desde medir la temperatura corporal de los usuarios hasta rastrear sus recuentos diarios de pasos.

Y es reconfigurable, lo que significa que el dispositivo puede adaptarse para adaptarse a cualquier parte de su cuerpo.

“Si quieres usar esto como un reloj, puedes ponértelo en la muñeca”, dijo Xiao, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica Paul M. Rady en CU Boulder. «Si quieres usar esto como un collar, puedes ponértelo en el cuello».

Estiramiento electrónico de la piel

Un nuevo dispositivo de “piel electrónica” puede estirarse en un 60% en cualquier dirección sin perder ninguna funcionalidad. Crédito: Chuanqian Shi

Él y sus colegas esperan que su creación ayude a reinventar de lo que son capaces los dispositivos portátiles. El grupo dijo que, algún día, esa piel de alta tecnología podría permitir a las personas recopilar datos precisos sobre sus cuerpos, todo mientras se reducen las crecientes cantidades de desechos electrónicos en el mundo.

“Los relojes inteligentes son funcionalmente agradables, pero siempre son un gran trozo de metal en una banda”, dijo Zhang, profesor del Departamento de Química. «Si queremos un dispositivo realmente portátil, idealmente será una película delgada que se ajuste cómodamente a su cuerpo».

Estirándose

Esas películas delgadas y cómodas han sido durante mucho tiempo un elemento básico de la ciencia ficción. Imagínese la piel despegándose del rostro de Arnold Schwarzenegger en la franquicia de películas Terminator. «Nuestra investigación va en esa dirección, pero todavía tenemos un largo camino por recorrer», dijo Zhang.

Los objetivos de su equipo, sin embargo, son tanto humanos como robóticos. Los investigadores describieron previamente su diseño para la piel electrónica en 2018. Pero su última versión de la tecnología hace muchas mejoras en el concepto; para empezar, es mucho más elástico, por no mencionar funcional.

Tobillo de dispositivo electrónico de piel

Un usuario lleva un dispositivo de «piel electrónica» en el tobillo. Crédito: Chuanqian Shi

Para fabricar su producto hinchable, Xiao y sus colegas utilizan la serigrafía para crear una red de alambres de metal líquido. Luego intercalan esos circuitos entre dos películas delgadas hechas de un material altamente flexible y autocurativo llamado poliimina.

El dispositivo resultante es un poco más grueso que una curita y se puede aplicar sobre la piel con calor. También puede estirarse un 60% en cualquier dirección sin interrumpir la electrónica interna, informa el equipo.

«Es realmente elástico, lo que permite muchas posibilidades que antes no eran una opción», dijo Xiao.

La piel electrónica del equipo puede hacer muchas de las mismas cosas que hacen los dispositivos de fitness portátiles populares como Fitbits: medir de forma fiable el temporal corporal, la frecuencia cardíaca, los patrones de movimiento y más.

Menos gasto

Es posible que Arnold quiera tomar nota: la epidermis artificial del equipo también es notablemente resistente.

Si corta un parche de piel electrónica, dijo Zhang, todo lo que tiene que hacer es juntar las áreas rotas. En unos minutos, las uniones que mantienen unido el material de poliimina comenzarán a reformarse. En 13 minutos, el daño será casi indetectable.

“Esos vínculos ayudan a formar una red a través del corte. Luego comienzan a crecer juntos ”, dijo Zhang. “Es similar a la curación de la piel, pero aquí estamos hablando de enlaces químicos covalentes”.

Xiao agregó que el proyecto también representa un nuevo enfoque para la fabricación de productos electrónicos, uno que podría ser mucho mejor para el planeta. Para el 2021, las estimaciones sugieren que los humanos habrán producido más de 55 millones de toneladas de teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos desechados.

Los dispositivos elásticos de su equipo, sin embargo, están diseñados para evitar los vertederos. Si sumerge uno de estos parches en una solución de reciclaje, la poliimina se despolimerizará o se separará en las moléculas que la componen, mientras que los componentes electrónicos se hundirán hasta el fondo. A continuación, se pueden reutilizar tanto la electrónica como el material elástico.

“Nuestra solución a los desechos electrónicos es comenzar con cómo fabricamos el dispositivo, no desde el punto final, o cuando ya se ha desechado”, dijo Xiao. «Queremos un dispositivo que sea fácil de reciclar».

La máscara electrónica del equipo está muy lejos de poder competir con la real. Por ahora, estos dispositivos aún deben estar conectados a una fuente de energía externa para funcionar. Pero, dijo Xiao, la investigación de su grupo sugiere que la piel de cyborg pronto podría convertirse en la moda del futuro.

«Aún no nos hemos dado cuenta de todas estas funciones complejas», dijo. «Pero estamos avanzando hacia esa función de dispositivo».

Referencia: «Integración heterogénea de materiales rígidos, blandos y líquidos para dispositivos electrónicos portátiles auto curables, reciclables y reconfigurables» por Chuanqian Shi, Zhanan Zou, Zepeng Lei, Pengcheng Zhu, Wei Zhang y Jianliang Xiao, 6 de noviembre de 2020, Avances científicos.
DOI: 10.1126 / sciadv.abd0202

Otros coautores de CU Boulder en el nuevo estudio incluyen a Chuanqian Shi, ex académico visitante; Zhanan Zou, ex estudiante de posgrado; Zepeng Lei, estudiante de posgrado; y Pengcheng Zhu, académico visitante.