Recetores mecânicos na pele conseguem sentir o peso de uma borboleta, o calor de uma chama próxima ou uma bebida gelada, compreender se uma mão foi erguida num punho ou num sinal da paz e contar a pulsação de alguém através de um toque leve.
Engenheiros desejosos de criar pele eletrónica artificial conseguiram criar materiais suaves e flexíveis que mimetizam estes sentidos, mas os investigadores da Universidade de Stanford foram mais longe e criaram uma única camada com materiais semelhantes à pele que consegue comunicar diretamente com o cérebro.
Os investigadores produziram circuitos integrados suaves e flexíveis que convertem a sensação de pressão ou temperatura em sinais elétricos semelhantes aos impulsos dos nervos, que poderão, no futuro, ser direcionados para chips de comunicação sem fios implantados nos nervos periféricos para permitir que amputados controlem membros prostéticos. Outras utilizações potenciais incluem dispositivos médicos wearable ou implantáveis.
«Há algum tempo que estamos a trabalhar em pele eletrónica monolítica», explica Zhenan Bao, professor de Engenharia Química na Universidade de Stanford que lidera o projeto. «O desafio não era tanto encontrar mecanismos para mimetizar as extraordinárias capacidades sensoriais do toque humano, mas juntá-las usando apenas materiais semelhantes à pele».
«Muito desse desafio resumiu-se a avançar em materiais eletrónicos parecidos com pele para que pudessem ser incorporados em circuitos integrados com complexidade suficiente para gerar comboios de impulsos como os nervos e uma voltagem operacional suficientemente baixa para ser usada com segurança no corpo humano», acrescenta Weichen Wang, doutorando no laboratório liderado por Zhenan Bao.
Muito leve e fina
A nova pele eletrónica funciona com apenas 5 volts e consegue detetar estímulos semelhantes à pele humana, refere. A equipa criou uma estrutura dielétrica de três camadas que ajudou a aumentar a mobilidade dos portadores de carga elétrica em 30 vezes em comparação com versões de uma única camada, permitindo que os circuitos operem a uma baixa voltagem. Uma das camadas é de nitrilo, a mesma borracha que é usada nas luvas cirúrgicas. A maioria das peles eletrónicas é feita com muitas camadas de materiais. Em cada camada são integradas redes de nanoestruturas orgânicas que transmitem sinais elétricos mesmo quando esticadas. Estas redes podem ser desenhadas para sentir a pressão, a temperatura, a tensão e químicos.
[©Stanford University-Jiancheng Lai and Weichen Wang]
Como cada camada eletrónica tem apenas algumas dezenas a centenas de nanómetros de espessura, o material acabado, que inclui mais ou menos seis camadas, tem menos de um mícron de espessura.
«Na verdade, é demasiado fina para ser facilmente manuseada, por isso usamos um substrato para a apoiar, o que eleva a nossa pele eletrónica para uma espessura de cerca de 25 a 50 mícrones – mais ou menos a espessura de uma folha de papel», indica Zhenan Bao. «Tem uma variação de espessura semelhante à camada externa da pele humana», acrescenta.
O sistema é o primeiro a combinar a capacidade de sentir e todas as características elétricas e mecânicas da pele humana numa forma suave e durável que pode ser usada como pele prostética de nova geração e interface humano-máquina para dar um sentido de toque semelhante ao humano.
