Ingenieros del MIT desarrollan guante táctil de alta precisión para diagnóstico médico

Nuevos sensores del MIT detectan cambios de presión pequeños y rápidos en la yema del dedo. Cuando se colocan en un guante de seda, los componentes tipo tachuela ayudan a crear una imagen valiosa para los médicos.

Los inventores de los sensores altamente sintonizados, que captan ligeras vibraciones a través de la piel, proporcionan mapas de presión específicos que podrían algún día apoyar a pacientes con una gama de asistencia, desde monitorización simple de pulso hasta la compleja restauración de funciones motoras.

El equipo con base en Cambridge, MA visualiza integrar los sensores de presión no solo en guantes táctiles sino también en adhesivos flexibles para rastrear latidos cardíacos, presión arterial y otros signos vitales.

«La simplicidad y fiabilidad de nuestra estructura de sensado tiene gran promesa para una diversidad de aplicaciones de salud, como detección de pulso y recuperación de la capacidad sensorial en pacientes con disfunción táctil», dijo Nicholas Fang , profesor de ingeniería mecánica en MIT, en un comunicado de prensa reciente.

Cómo hacer un mapa de presión

Los investigadores del MIT forraron el interior de un guante con pequeños detectores del tamaño de un grano diseñados para mapear cambios sutiles en la presión. El guante generó diseños de presión específicos, o mapas, dependiendo del objeto sostenido.

El guante con sensores registró diferencias de presión entre un globo agarrado y un vaso, por ejemplo. Sostener un globo produjo una señal de presión relativamente uniforme en toda la palma, mientras que agarrar un vaso creó una presión más fuerte en las yemas de los dedos.

El equipo planea usar el guante para identificar patrones de presión para otras tareas, como escribir con un bolígrafo y manipular otros objetos domésticos. Las ayudas táctiles podrían algún día ayudar a pacientes con disfunción motora a calibrar y fortalecer su destreza y agarre, según el Prof. Fang.

«Algunas habilidades motoras finas requieren no solo saber cómo manejar objetos, sino también cuánta fuerza se debe ejercer», dijo el Prof. Fang. «Este guante podría proporcionarnos mediciones más precisas de fuerza de agarre para grupos de control versus pacientes recuperándose de ictus u otras condiciones neurológicas.»

Fang y sus colegas detallan sus resultados en un estudio de Nature Communications. Los coautores del estudio incluyen a Huifeng Du y Liu Wang en MIT, junto con el grupo del profesor Chuanfei Guo en la Universidad del Sur de Ciencia y Tecnología (SUSTech) en China.

Sensando lo pequeño

Los sensores táctiles reemplazan la capa dieléctrica convencional por un ingrediente natural sorprendente: el sudor humano. El sudor contiene iones de sodio y cloruro, que se acumulan y tienen el poder de cambiar la capacitancia entre dos electrodos planos y delgados colocados en la piel.

El equipo del MIT aumentó la sensibilidad del electrodo de sensado añadiendo un montón de pequeños pelos conductores y flexibles. Los electrodos de sensado delgados y del tamaño de un grano, de hecho, están revestidos con miles de estos filamentos microscópicos de oro, o «micropilares».

En su estudio, Fang y los inventores demostraron que los sensores podían medir con precisión el grado en que grupos de micropilares se doblaban en respuesta a diversas fuerzas y presiones.

Cuando se aplica presión a, digamos, una esquina del electrodo, los pelos en esa región específica se doblan en respuesta y acumulan iones de la piel; el grado y la ubicación de los iones pueden entonces medirse y mapearse con precisión.

Los sensores fueron capaces de captar fases sutiles en el pulso de la persona, como diferentes picos en el mismo ciclo.

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

En una breve pregunta y respuesta con Tech Briefs a continuación, Fang explica más sobre las posibilidades de un mapa de presión, más allá del pulso.

Tech Briefs: ¿Cuál es la aplicación o área de aplicación más emocionante que visualiza para esta tecnología? ¿Por qué cree que este guante es tan importante?

Prof. Nicholas Fang: Visualizamos que la integración de retroalimentación háptica de alta fidelidad en telas y textiles abrirá nuevas aplicaciones de dispositivos médicos y de salud, como la recuperación de la capacidad sensorial en pacientes con disfunción táctil, y también puede permitir juegos y entrenamiento VR/AR.

Tech Briefs: ¿Por qué es tan importante tomar un mapa de presión? ¿Qué se puede hacer con un mapa de presión una vez que lo tienes?

Prof. Nicholas Fang: Creo que el mapa de presión de alta resolución medido por un guante inteligente, que es insensible a artefactos de movimiento, puede proporcionar una evaluación más precisa de las habilidades motoras de las manos y dedos para aplicaciones point-of-care. Nuestro guante abre la oportunidad para el monitoreo constante de la destreza de manos y dedos [durante actividades], como armar rompecabezas, clasificar cuentas, doblar cartas, jugar juegos de mesa o atar cordones.

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Tech Briefs: ¿Qué le inspiró a sensar con sudor? ¿Cuáles son los pros y contras de usar sudor?

Prof. Nicholas Fang: Solo para aclarar, solo se necesita una cantidad mínima de sudor en piel naturalmente hidratada para que nuestro guante funcione, y esto se satisface por nuestra piel bajo condición fisiológica.

En nuestro diseño de sensor, nos inspiramos en dos ideas.

Una es los sensores de pelo largo encontrados en insectos, como arañas errantes que tienen un increíble sentido del tacto y vibración del suelo.

Otra es la configuración de electrodos en piel ampliamente aplicada en salud, y nuestra innovación aquí es aprovechar la deformación prescrita de tela de carbono, pilares de PET [tereftalato de polietileno] electrostáticamente empenachados que están en contacto conformal con piel hidratada, y estos micropilares de PET empenachados actúan como dispositivos de sensado de presión con sensibilidad sobresaliente a cambios sutiles de fuerza aplicada.

Tech Briefs: ¿En qué trabajará a continuación con este guante?

Prof. Nicholas Fang: A continuación, evaluaremos la percepción de textura de diferentes materiales en el guante inteligente para que puedan aumentar aún más el sentido del tacto humano que es importante para agarrar y manipular objetos pequeños.

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