Piel Electrónica: Anticipando y percibiendo el tacto en varias direcciones

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Un equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Chemnitz, en el Centro de Investigación de Materiales, Arquitecturas e Integración de Nanomembranas, ha explorado una innovadora ruta para desarrollar sensores de campo magnético en tres dimensiones, altamente sensibles y sensibles a la dirección, que pueden ser integrados en una tecnología llamada «piel electrónica».

Los investigadores emplearon un enfoque completamente nuevo para reducir el tamaño y fusionar matrices de dispositivos tridimensionales, dando un gran salto hacia la emulación de la sensación táctil natural de la piel humana. Este novedoso método permite la disposición precisa de elementos sensores funcionales en 3D, lo que posibilita su producción en masa mediante un proceso de fabricación paralelo. Esto representa un desafío significativo en comparación con los métodos tradicionales de fabricación microelectrónica.

El núcleo de este sistema de sensores desarrollado por el equipo de investigación es el «sensor de magnetorresistencia anisotrópica» (AMR), que es capaz de detectar con precisión cambios en los campos magnéticos. Los sensores AMR se utilizan en la actualidad en aplicaciones como sensores de velocidad en automóviles y para determinar la posición y el ángulo de componentes móviles en ciertas máquinas.

Para crear un sistema de sensores compacto, los investigadores emplearon un proceso conocido como «micro-origami», que permite plegar los componentes del sensor AMR en estructuras tridimensionales capaces de medir el campo magnético en tres dimensiones. Esta técnica permite acomodar una gran cantidad de componentes microelectrónicos en un espacio reducido y organizarlos de una manera que no sería posible con la tecnología de fabricación microelectrónica convencional. Aunque el proceso de micro-origami fue desarrollado hace más de dos décadas, en la actualidad se está aprovechando su potencial para nuevas aplicaciones microelectrónicas, como el desarrollo de la piel electrónica.

Además, el equipo de investigación logró integrar la matriz de sensores magnéticos tridimensionales de micro-origami en una única matriz activa, donde cada sensor individual puede ser direccionado y leído de manera eficiente mediante circuitos microelectrónicos. Esta combinación de sensores magnéticos con arquitecturas autoensamblables de micro-origami representa un enfoque completamente innovador para miniaturizar e integrar sistemas de detección tridimensionales de alta resolución.

El equipo también logró integrar los sensores de campo magnético tridimensionales con finos cabellos magnéticamente anclados en una piel electrónica artificial. Esta piel electrónica está compuesta de un material elastomérico en el que se incrustan componentes electrónicos y sensores, similar a la piel humana, y está conectada a los nervios.

Cuando se tocan o doblan los cabellos, los sensores magnéticos tridimensionales subyacentes pueden detectar el movimiento y la posición precisa de la raíz magnética. De esta manera, la matriz de sensores no solo registra el movimiento del cabello, sino que también determina su dirección.

Este avance en piel electrónica tiene un gran potencial para transformar diversas áreas, revolucionando tanto la tecnología como nuestra interacción con el entorno. Esto incluye aplicaciones en medicina, robótica, realidad virtual y aumentada, así como en la formación y la educación.

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