Este guante Touchy-Feely detecta y mapea estímulos táctiles

Cuando levantas un globo, la presión para sostenerlo es diferente de la que ejercerías para agarrar un frasco. Y ahora los ingenieros del MIT y de otros lugares tienen una manera de medir y mapear con precisión tales sutilezas de la destreza táctil.

El equipo ha diseñado un nuevo guante sensible al tacto que puede "sentir" la presión y otros estímulos táctiles. El interior del guante está roscado con un sistema de sensores que detecta, mide y mapea pequeños cambios de presión en el guante. Los sensores individuales están muy sintonizados y pueden detectar vibraciones muy débiles en la piel, como las del pulso de una persona.

Cuando los sujetos usaban el guante mientras recogían un globo en lugar de un vaso de precipitados, los sensores generaban mapas de presión específicos para cada tarea. Sostener un globo produjo una señal de presión relativamente uniforme en toda la palma, mientras que agarrar un vaso de precipitados creó una presión más fuerte en la punta de los dedos.

Los investigadores dicen que el guante táctil podría ayudar a volver a entrenar la función motora y la coordinación en personas que han sufrido un accidente cerebrovascular u otra afección motora fina. El guante también podría adaptarse para aumentar la realidad virtual y las experiencias de juego. El equipo prevé integrar los sensores de presión no solo en guantes táctiles, sino también en adhesivos flexibles para rastrear el pulso, la presión arterial y otros signos vitales con mayor precisión que los relojes inteligentes y otros monitores portátiles.

"La simplicidad y confiabilidad de nuestra estructura de detección es muy prometedora para una diversidad de aplicaciones de atención médica, como la detección de pulso y la recuperación de la capacidad sensorial en pacientes con disfunción táctil", dice Nicholas Fang, profesor de ingeniería mecánica en el MIT.

Los sensores de presión del guante son similares en principio a los sensores que miden la humedad. Estos sensores, que se encuentran en los sistemas HVAC, refrigeradores y estaciones meteorológicas, están diseñados como pequeños condensadores, con dos electrodos o placas de metal, que intercalan un material "dieléctrico" gomoso que transporta cargas eléctricas entre los dos electrodos.

En condiciones de humedad, la capa dieléctrica actúa como una esponja para absorber los iones cargados de la humedad circundante. Esta adición de iones cambia la capacitancia, o la cantidad de carga entre los electrodos, de una manera que puede cuantificarse y convertirse en una medida de humedad.

En los últimos años, los investigadores han adaptado esta estructura sándwich capacitiva para el diseño de sensores de presión delgados y flexibles. La idea es similar:cuando se aprieta un sensor, el equilibrio de cargas en su capa dieléctrica cambia de una manera que se puede medir y convertir en una señal de presión. Pero la capa dieléctrica de la mayoría de los sensores de presión es relativamente voluminosa, lo que limita su sensibilidad.

Para sus nuevos sensores táctiles, el equipo eliminó la capa dieléctrica convencional en favor de un ingrediente sorprendente:el sudor humano. Como el sudor contiene naturalmente iones como el sodio y el cloruro, razonaron que estos iones podrían servir como sustitutos dieléctricos. En lugar de una estructura de sándwich, imaginaron dos electrodos delgados y planos, colocados sobre la piel para formar un circuito con una cierta capacitancia. Si se aplicara presión a un electrodo de "detección", los iones de la humedad natural de la piel se acumularían en la parte inferior y cambiarían la capacitancia entre ambos electrodos en una cantidad que podrían medir.

Descubrieron que podían aumentar la sensibilidad del electrodo sensor cubriendo su parte inferior con un bosque de diminutos, flexibles y conductores cabellos. Cada cabello serviría como una extensión microscópica del electrodo principal, de modo que, si se aplicara presión a, digamos, una esquina del electrodo, los cabellos en esa región específica se doblarían en respuesta y acumularían iones de la piel, el grado y su ubicación podría medirse y cartografiarse con precisión.

En su nuevo estudio, el equipo fabricó electrodos de detección delgados, del tamaño de un núcleo, revestidos con miles de filamentos microscópicos de oro, o "micropilares". Demostraron que podían medir con precisión el grado en que los grupos de micropilares se doblaban en respuesta a diversas fuerzas y presiones. Cuando colocaron un electrodo sensor y un electrodo de control en la yema del dedo de un voluntario, descubrieron que la estructura era muy sensible. Los sensores pudieron detectar fases sutiles en el pulso de la persona, como diferentes picos en el mismo ciclo. También podían mantener lecturas precisas del pulso, incluso cuando la persona que usaba los sensores agitaba las manos mientras caminaba por la habitación.

"Pulse es una vibración mecánica que también puede causar deformación de la piel, que no podemos sentir, pero los pilares pueden captar", dijo Fang.

Luego, los investigadores aplicaron los conceptos de su nuevo sensor de presión con microcolumnas al diseño de un guante táctil de alta sensibilidad. Comenzaron con un guante de seda, que el equipo compró en el estante. Para fabricar sensores de presión, recortan pequeños cuadrados de tela de carbón, un tejido que se compone de muchos filamentos delgados similares a micropilares.

Convirtieron cada cuadrado de tela en un electrodo sensor rociándolo con oro, un metal naturalmente conductor. Luego pegaron los electrodos de tela a varias partes del revestimiento interior del guante, incluidas las puntas de los dedos y las palmas, y enhebraron fibras conductoras por todo el guante para conectar cada electrodo a la muñeca del guante, donde los investigadores pegaron un electrodo de control.

Varios voluntarios se turnaron para usar el guante táctil y realizar diversas tareas, como sostener un globo y agarrar un vaso de precipitados. El equipo recopiló lecturas de cada sensor para crear un mapa de presión en el guante durante cada tarea. Los mapas revelaron patrones distintos y detallados de la presión generada durante cada tarea.

El equipo planea usar el guante para identificar patrones de presión para otras tareas, como escribir con un bolígrafo y manipular otros objetos domésticos. En última instancia, prevén que tales ayudas táctiles podrían ayudar a los pacientes con disfunción motora a calibrar y fortalecer la destreza y el agarre de sus manos.

“Algunas habilidades motoras finas requieren no solo saber cómo manejar objetos, sino también cuánta fuerza se debe ejercer”, dijo Fang. “Este guante podría brindarnos mediciones más precisas de la fuerza de agarre para los grupos de control en comparación con los pacientes que se recuperan de un accidente cerebrovascular u otras afecciones neurológicas. Esto podría aumentar nuestra comprensión y permitir el control”.