Equipe cria pele eletrônica que pode sentir o toque

                                    por Lisa M. Krieger                                                                                                                    </p><div>

Cientistas de Stanford desenvolveram uma pele eletrônica macia e elástica que pode falar diretamente com o cérebro, imitando o feedback sensorial da pele real usando uma estratégia que, se aprimorada, pode oferecer esperança a milhões de pessoas com membros protéticos.

“Fomos inspirados pelo sistema natural e queríamos imitá-lo”, disse Weichen Wang, cuja equipe publicou seu sucesso na revista Ciência. “Talvez possamos algum dia ajudar os pacientes a não apenas restaurar a função motora, mas também restaurar suas sensações.”

Circuitos muito mais rápidos, maiores e mais sofisticados são necessários antes que a chamada “e-skin” seja promissora para as pessoas.

Mas, em um marco, o dispositivo mostrou um sucesso notável em um rato de laboratório. Quando os pesquisadores pressionaram a pele do rato e enviaram pulsos eletrônicos para o cérebro, o animal respondeu contraindo a perna.

Os cientistas há muito sonham em construir membros protéticos que não apenas restaurem o movimento, mas também forneçam percepção – sentindo pressão, temperatura e vibração, por exemplo – para ajudar a restaurar uma qualidade de vida mais normal. Danos na pele e amputação causam uma grande interrupção no ciclo de percepção e movimento, de modo que até mesmo tarefas simples, como sentir ou agarrar um objeto, são desafiadoras.

“Se você pegar um copo de cerveja e não sentir que não está gelada, não sentirá o gosto certo”, disse Ravinder Dahiya, professor de engenharia elétrica e de computação da Northeastern University em Boston, que também é estudando o uso de eletrônicos flexíveis para desenvolver pele artificial.

A pele eletrônica também pode ser usada para vestir robôs para que eles sintam sensações da mesma forma que os humanos. Isso é fundamental para a segurança das indústrias onde robôs e humanos têm interações físicas, como a passagem de ferramentas em um chão de fábrica.

Mas a sensação do toque é complicada. A pele humana tem milhões de receptores que detectam quando são cutucados ou pressionados, espremidos ou escaldados. Eles reagem enviando pulsos elétricos ao cérebro, através dos nervos. O cérebro responde enviando informações de volta, dizendo aos músculos para se moverem.

E a pele biológica é macia e pode esticar, repetidamente, por muitas décadas.

A equipe de Stanford, liderada pelo professor de engenharia química Zhenan Bao, trabalha em designs de e-skin há vários anos. Mas um esforço anterior usou eletrônicos rígidos e 30 volts de energia, o que requer 10 baterias e não é seguro. E não foi capaz de suportar o alongamento contínuo sem perder suas propriedades elétricas.

“O obstáculo não foi tanto encontrar mecanismos para imitar as notáveis ​​habilidades sensoriais do toque humano, mas reuni-los usando apenas materiais semelhantes à pele”, disse Bao, em um comunicado.

A nova e-skin é inovadora porque usa camadas em rede de transistores orgânicos esticáveis ​​que percebem e transmitem sinais elétricos. Quando ensanduichadas, as camadas têm apenas cerca de 25 a 50 mícrons de espessura – tão finas quanto uma folha de papel, semelhante à pele.

Suas redes atuam como sensores, projetados para detectar pressão, temperatura, tensão e produtos químicos. Eles transformam essa informação sensorial em um pulso elétrico.

E a e-skin funciona com apenas 5 volts de eletricidade.

Para testar o sistema, a equipe de Stanford o implantou em um rato vivo. Quando a e-pele do rato foi tocada, um pulso foi transmitido por um fio para o cérebro do rato – especificamente, uma área chamada córtex somatossensorial, que é responsável pelo processamento de sensações físicas.

O cérebro do rato respondeu enviando um sinal elétrico para sua perna. Isso foi feito usando um dispositivo que amplifica e transmite sinais do cérebro para os músculos, imitando conexões no sistema nervoso chamadas sinapses.

A perna do rato estremeceu. Significativamente, seu movimento correspondia a níveis variados de pressão, disse Wang, um engenheiro Ph.D. e primeiro autor do novo artigo. Por exemplo, a equipe poderia aumentar o movimento da perna empurrando o e-skin com mais força, o que aumentou a frequência do sinal e a saída do transistor.

Se testado em humanos, o dispositivo não exigiria a implantação de um fio para enviar informações sensoriais ao cérebro. Em vez disso, a equipe prevê o uso de comunicação sem fio entre a e-skin e um estimulador elétrico localizado próximo a um nervo.

Joe McTernan, da American Orthotic and Prosthetic Association, disse que essa pesquisa encoraja avanços tecnológicos que podem um dia fornecer biofeedback em tempo real para pessoas que perderam membros.

“Embora essa tecnologia de pele seja relativamente nova, houve pesquisa e desenvolvimento significativos nos últimos anos que se concentraram na criação de uma experiência tátil positiva para o paciente”, disse ele.

O sistema de circuito fechado da equipe de Stanford – da sensação ao movimento muscular – é “muito emocionante … uma prova de conceito”, disse o especialista em bioeletrônica Alejandro Carnicer-Lombarte, da Universidade de Cambridge, à revista Nature.

No campo das próteses artificiais, a maioria dos pesquisadores tende a trabalhar em componentes individuais, disse ele. “Combinar essas coisas, em sequência, não é trivial.”

Dahiya aplaudiu o sucesso da equipe em construir eletrônicos flexíveis e fazê-los funcionar. “É aí que eles fizeram um bom trabalho”, disse ele.

Mas ele disse que ainda falta uma peça do quebra-cabeça: criar memória. Ao contrário da e-skin de Stanford, a pele humana aprende como um objeto se sente, então pode antecipá-lo.

Há outro desafio: a transmissão de sinais atualmente é muito lenta para ser útil. O fluxo de informações através dos transistores flexíveis baseados em carbono da equipe é lento em comparação com os transistores baseados em silício mais tradicionais, disse ele.

Tal atraso “não nos permitirá ter uma sensação real”, disse Dahiya. “E sem sentimento real, então você tem um gargalo prático.”

Em Stanford, o próximo passo é colocar mais e diferentes sensores na e-skin, para replicar mais de perto as muitas sensações sentidas pela mão humana, disse Wang.

“Estamos ampliando”, disse ele. “Será mais avançado.

“Todo o campo está em desenvolvimento”, disse ele. “Vai levar muito mais gerações de desenvolvimentos para atingir nossa meta.”

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                                            <strong>Citação</strong>: Equipe cria pele eletrônica que pode sentir o toque (2023, 3 de junho) recuperado em 3 de junho de 2023 em https://techxplore.com/news/2023-05-team-electronic-skin.html



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