Hoy en día, los teléfonos plegables son omnipresentes. Ahora, utilizando modelos que predicen qué tan bien se adaptará un dispositivo electrónico flexible a las superficies esféricas, los ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison y la Universidad de Texas en Austin podrían marcar el comienzo de una nueva era en la que estos dispositivos flexibles pueden integrarse perfectamente con partes del cuerpo humano..

En el futuro, por ejemplo, una retina artificial bioelectrónica flexible implantada en el globo ocular de una persona podría ayudar a restaurar la visión, o una lente de contacto inteligente podría detectar continuamente los niveles de glucosa en el cuerpo.

« Con nuestro poderoso modelo de simulación, ahora podemos predecir la adaptabilidad de inmediato, lo que acelera drásticamente el proceso de diseño de la electrónica flexible », dice Ying Li, profesor asociado de ingeniería mecánica en UW-Madison, cuyo grupo de investigación desarrolló los modelos computacionales. « Los resultados de la simulación brindan una guía muy clara para los experimentadores, que ahora pueden determinar el diseño óptimo sin necesidad de realizar muchos experimentos que consumen mucho tiempo ».

Los investigadores detallaron su trabajo en un artículo publicado el 19 de abril de 2023 en la revista Science Advances.

Para funcionar como se espera, los dispositivos bioelectrónicos deben hacer un contacto muy estrecho con el tejido vivo y evitar que se doblen o arruguen. Sin embargo, los investigadores han luchado para lograr que la electrónica flexible se ajuste completamente a las llamadas « superficies no desarrollables », superficies como esferas que no se pueden aplanar sin romperse o arrugarse, que se encuentran en todo el cuerpo humano.

En este estudio, el equipo de investigación utilizó una combinación de enfoques experimentales, analíticos y numéricos para investigar sistemáticamente cómo las láminas circulares de polímero (que imitan las propiedades mecánicas de la electrónica flexible), así como las láminas circulares parcialmente cortadas, se adaptan a las superficies esféricas. El análisis de esos resultados permitió a los investigadores derivar una fórmula lista para usar que revela la física subyacente y predice la adaptabilidad de la electrónica flexible.

« Todos los resultados de nuestros tres métodos diferentes apuntaban a la misma física, lo cual es emocionante », dice Nanshu Lu, profesor del Departamento de Ingeniería Aeroespacial e Ingeniería Mecánica de la Universidad de Texas en Austin, quien dirigió la investigación experimental. « Formulamos una ecuación matemática muy simple para guiar el diseño de componentes electrónicos flexibles para lograr la máxima adaptabilidad, y esto debería tener un impacto significativo en el campo ».

Además, los investigadores demostraron un método simple y elegante para mejorar en gran medida la capacidad de las láminas flexibles para adaptarse a superficies esféricas. Inspirándose en el arte japonés del kirigami, en el que se corta y dobla el papel, los investigadores realizaron los cortes radiales más simples posibles en la hoja circular, mejorando su adaptabilidad del 40 % a más del 90 %.

Li dice que este avance impulsará la innovación en el campo al permitir que muchos otros investigadores diseñen electrónica flexible mejorada.

« Este es el primer trabajo que proporciona una imagen completa para comprender el complejo proceso de cómo la electrónica flexible se adapta a estas superficies complicadas », dice Li. « Este avance allanará el camino para todos los estudios futuros en el área del desarrollo de bioelectrónica que pueda adaptarse mejor al cuerpo humano ».