El desarrollo de la piel electrónica con múltiples sentidos es esencial para varios campos, incluidos la rehabilitación, la atención médica, las prótesis y la robótica. Uno de los componentes clave de esta tecnología son los sensores de presión extensibles, que pueden detectar varios tipos de contacto y presión. Recientemente, un equipo conjunto de investigadores de POSTECH y la Universidad de Ulsan en Corea ha logrado un avance significativo al crear con éxito sensores de presión estirables omnidireccionalmente inspirados en la piel de cocodrilo.
El equipo detrás de la investigación estuvo dirigido por el profesor Kilwon Cho, el Dr. Giwon Lee y el Dr. Jonghyun Son del Departamento de Ingeniería Química de POSTECH, junto con un equipo dirigido por el Profesor Seung Goo Lee del Departamento de Química de la Universidad de Ulsan. Se inspiraron en el órgano sensorial único de la piel de cocodrilo y desarrollaron sensores de presión con microcúpulas y superficies rugosas. El resultado fue un sensor de presión extensible omnidireccionalmente.
Los cocodrilos, formidables depredadores que pasan la mayor parte de su tiempo sumergidos bajo el agua, poseen una notable habilidad para sentir pequeñas olas y detectar la dirección de sus presas. Esta habilidad es posible gracias a un órgano sensorial increíblemente sofisticado y sensible ubicado en su piel. El órgano está compuesto por protuberancias sensoriales hemisféricas dispuestas en un patrón repetido con bisagras arrugadas entre ellas. Cuando el cocodrilo mueve su cuerpo, las bisagras se deforman mientras que la parte sensorial no se ve afectada por las deformaciones mecánicas, lo que permite al cocodrilo mantener un nivel excepcional de sensibilidad a los estímulos externos mientras nada o caza bajo el agua.
El equipo de investigación ha imitado con éxito la estructura y función del órgano sensorial del cocodrilo para desarrollar un sensor de presión altamente estirable. Al inventar un polímero elastomérico hemisférico con delicadas arrugas que contienen nanocables largos o cortos, han creado un dispositivo que supera a los sensores de presión disponibles actualmente. Mientras que otros sensores pierden sensibilidad cuando se someten a deformaciones mecánicas, este nuevo sensor mantiene su sensibilidad incluso cuando se estira en una o dos direcciones diferentes.
Gracias a la fina estructura rugosa de su superficie, el sensor puede mantener una alta sensibilidad a la presión incluso cuando se somete a una deformación significativa. Cuando se aplica una fuerza mecánica externa, la estructura arrugada se despliega, lo que reduce la tensión en el área de detección hemisférica que es responsable de detectar la presión aplicada. Esta reducción de la tensión permite que el sensor conserve su sensibilidad a la presión incluso bajo deformaciones. Como resultado, el nuevo sensor muestra una sensibilidad excepcional a la presión, incluso cuando se estira hasta el 100 % en una dirección y el 50 % en dos direcciones diferentes.
El equipo de investigación ha desarrollado un sensor de presión extensible adecuado para una amplia gama de dispositivos portátiles con diversas aplicaciones. Para evaluar su desempeño, los investigadores montaron el sensor en un cocodrilo de plástico y lo sumergieron en agua. Curiosamente, el sensor montado pudo detectar pequeñas ondas de agua, replicando con éxito las capacidades de detección del órgano sensorial de un cocodrilo.
« Este es un sensor de presión portátil que detecta de manera efectiva la presión incluso cuando está bajo tensión », explicó el profesor Cho, quien dirigió el equipo. Agregó : « Podría usarse para diversas aplicaciones, como sensores de presión de prótesis, piel electrónica de robótica suave, VR, AR e interfaces hombre-máquina ».
El estudio se realizó con el apoyo de la Fundación Nacional de Investigación de Corea del Ministerio de Ciencia y TIC y el programa de Institutos Clave de Investigación en Universidades del Ministerio de Educación. El documento que describe los resultados de la investigación apareció en la portada de Small.