Uma membrana condutora flexível que pode passar informações sensoriais para o cérebro e os músculos é um passo em direção à pele artificial.

Pesquisadores desenvolveram uma pele eletrônica que pode imitar o mesmo processo que faz com que um dedo, dedo do pé ou membro se mova quando cutucado ou escaldado. A tecnologia pode levar ao desenvolvimento de uma cobertura para membros protéticos que daria aos usuários uma sensação de toque ou ajudaria a restaurar a sensação em pessoas cuja pele foi danificada.

A ‘e-skin’ foi desenvolvida no laboratório do engenheiro químico Zhenan Bao na Universidade de Stanford, na Califórnia. Sua equipe há muito tenta fazer uma prótese de pele macia e flexível, mas que também pode transmitir sinais elétricos ao cérebro para permitir que o usuário “sinta” pressão, tensão ou mudanças de temperatura.

O trabalho mais recente, publicado em 18 de maio na Science ¹ , descreve um sensor fino e flexível que pode transmitir um sinal para parte do córtex motor no cérebro de um rato que faz com que a perna do animal se contorça quando a e-skin é pressionada ou espremida.

“Esta e-skin atual realmente tem todos os atributos com os quais temos sonhado”, diz Bao. “Falamos sobre isso há muito tempo.”

Pele sensível

Na pele viva e saudável, os receptores mecânicos detectam a informação e a convertem em pulsos elétricos que são transmitidos através do sistema nervoso para o cérebro. Para replicar isso, uma pele eletrônica precisa de sensores e circuitos integrados, que geralmente são feitos de semicondutores rígidos. Sistemas eletrônicos flexíveis já estão disponíveis, mas normalmente funcionam apenas em altas tensões que seriam inseguras para dispositivos vestíveis.

Para fazer uma e-skin totalmente macia, a equipe de Bao desenvolveu um polímero flexível para uso como dielétrico – uma camada fina em um dispositivo semicondutor que determina a intensidade do sinal e a voltagem necessária para executar o dispositivo. Os pesquisadores então usaram o dielétrico para fazer arranjos elásticos e flexíveis de transistores, combinados em um sensor fino e macio como a pele.

“Transformamos todos os materiais rígidos em materiais macios, ao mesmo tempo em que conseguimos ter alto desempenho elétrico”, diz Bao.

O sensor pode transformar mudanças físicas, como pressão aplicada ou mudança de temperatura, em um pulso elétrico. A equipe também criou um dispositivo que pode transmitir sinais elétricos dos nervos aos músculos, imitando conexões no sistema nervoso chamadas sinapses.

O grupo de Bao testou o sistema em um rato. A pele foi conectada por meio de um fio ao córtex somatossensorial do rato – a parte do cérebro responsável pelo processamento das sensações físicas. Quando a e-skin foi acionada pelo toque, ela enviou um sinal elétrico ao cérebro, que foi então transmitido através da sinapse artificial ao nervo ciático na perna do animal, fazendo com que o membro se contraísse.

Desenvolvimentos futuros

Esse tipo de e-skin pode ser usado em pessoas que sofreram ferimentos graves ou têm distúrbios sensoriais. Bao diz que, a longo prazo, eles esperam desenvolver um sistema menos invasivo. “Prevemos que, para as pessoas que perderam seus membros, não precisamos implantar no cérebro”, diz ela. “Poderíamos ter um implante no sistema nervoso periférico.”

No momento, o e-skin ainda deve ser conectado a uma fonte de energia externa, mas Bao espera desenvolver um dispositivo sem fio. No entanto, para ter uma pele que cubra todos os dedos da mão e responda ao toque, à temperatura e à pressão, será preciso muito mais desenvolvimento, diz ela.

Ainda assim, ter um sistema de circuito fechado que vai da sensação ao movimento muscular é “muito empolgante”, diz Alejandro Carnicer-Lombarte, que pesquisa bioeletrônica na Universidade de Cambridge, no Reino Unido. O dispositivo feito pela equipe de Bao é “uma prova de conceito”, diz ele, mas no campo de próteses artificiais, muitos grupos trabalham em componentes individuais – então reuni-los todos em um sistema, como a equipe de Bao fez, é um importante passo adiante. “Combinar essas coisas em sequência não é trivial, estou muito impressionado com isso”, diz ele.

Carnicer-Lombarte também vê potencial para integrar outras tecnologias conhecidas ao sistema, para criar, por exemplo, uma pele que permita ao polegar e ao dedo mínimo sentir coisas diferentes. Ele acrescenta que alcançar maior sensibilidade, de modo que regiões específicas do cérebro possam ser direcionadas, aumentará a utilidade dessa tecnologia no futuro.

Artigo Publicado em Nature