Investigadores de la Universidad de Chile, en colaboración con la Universidad de La Frontera, crearon un dispositivo portátil, flexible y de bajo costo, que puede integrarse en wearables como guantes y detectar no solo presión y peso, sino también el tipo de material al contacto. la innovación, basada en un sensor dual capacitivo y triboeléctrico, abre posibilidades en robótica, salud, agricultura e inteligencia artificial.
Capaz de detectar presión, peso e incluso el tipo de material que se toca, este avance representa un hito en el desarrollo de tecnologías sensoriales aplicables a áreas tan diversas como la robótica, la salud, la agricultura e incluso la inteligencia artificial.
Se trata de un dispositivo flexible, portátil y de bajo costo que puede integrarse en guantes y otras tecnologías “vestibles”, proyecto que es el resultado de una innovadora colaboración entre la Universidad de Chile y la Universidad de La Frontera (UFRO).
La tecnología, basada en un sensor dual capacitivo y triboeléctrico, fue desarrollada por un equipo interdisciplinario liderado por Nicolás Rosales-Cuello, estudiante de postgrado de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, con la participación clave del académico Dr. Carlos Muñoz, del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Universidad de La Frontera (UFRO), y Mathias Godoy, estudiante del Magíster en Ciencias de la Ingeniería de la misma casa de estudios. El equipo forma parte del Center of Interventional Medicine for Precision and Advanced Cellular Therapy (IMPACT), con sede en Santiago.
DESARROLLO DEL DIPOSITIVO
El desarrollo del dispositivo partió con la creación de electrodos flexibles y biocompatibles destinados a sensores capacitivos. Fue en ese proceso que surgió una revelación: el mismo material mostraba un comportamiento triboeléctrico notable, según explica el académico de la Universidad de Chile.
“Partimos desarrollando electrodos flexibles y biocompatibles para generar sensores capacitivos, y en ese proceso descubrimos que el mismo sensor tenía un excelente comportamiento triboeléctrico. Así nació este sensor dual, que sensa con dos principios distintos”, explica el Profesor Titular del Departamento de Ingeniería Química, Biotecnología y Materiales, de FCFM, Dr. Humberto Palza.
Pero fue gracias al trabajo conjunto con la UFRO que el sensor logró su capacidad de transmitir datos en tiempo real de forma inalámbrica. El profesor Carlos Muñoz, junto a su estudiante Mathias Godoy, desarrollaron la arquitectura electrónica que permitió incorporar un microcontrolador Arduino, posibilitando la comunicación directa con un teléfono celular sin cables ni equipos adicionales.
“Desde la UFRO colaboramos convirtiendo materiales elastoméricos en dispositivos de medición, encargándonos del procesamiento y tratamiento de señales para integrarlos en sistemas que pudieran comunicarse con celulares u otros equipos. ¿En qué consiste esto? Cualquier material cambia sus propiedades eléctricas al ser deformado, pero es complejo encontrar aquellos que tengan un comportamiento estable y lineal al ser usados como sensores. En este proyecto trabajamos con materiales compuestos y nanopartículas, logrando que puedan estirarse hasta 300 o 400 veces su tamaño, manteniendo sus características eléctricas. Convertirlos en sensores implica capturar estas señales, procesarlas en un microcontrolador y transformarlas en información que puede ser enviada a un celular u otros dispositivos de monitoreo”, señala el Dr. Carlos Muñoz.
GUANTES INTELIGENTES
Una de las primeras aplicaciones fue la creación de un guante inteligente que no solo detecta el peso de un objeto, sino también el tipo de material del que está hecho. Este fenómeno se logra gracias a la fricción entre el sensor y el objeto tocado, generando cargas eléctricas que varían según la textura y composición del material. Así, el sensor puede diferenciar superficies de vidrio, metal, madera o incluso cáscaras de frutas.
Esa capacidad tiene aplicaciones prometedoras en prótesis, rehabilitación, robótica blanda y monitoreo agrícola. Por ejemplo, es posible determinar el estado de madurez de una fruta simplemente con tocarla.
“Mi trabajo consiste en tomar las señales que entregan los sensores y procesarlas con microcontroladores como Arduino, para transformarlas en información útil y confiable, evitando que se pierdan entre el ruido eléctrico. En este caso, nos centramos en un guante que integra materiales elastoméricos diseñados para estirarse hasta 500% de su tamaño original sin perder sus propiedades eléctricas. Estos materiales, al deformarse, varían su capacitancia de forma lineal y estable, permitiendo medir, por ejemplo, el nivel de presión ejercido al tomar un objeto, lo que tiene un potencial enorme en el desarrollo de prótesis de mano que puedan devolver a las personas la sensación del tacto”, explica Mathias Godoy, quien ha liderado desde la UFRO el desarrollo de algoritmos y pruebas de validación del sensor en escenarios reales.
El dispositivo está fabricado completamente en PDMS (polímero similar a la silicona) mezclado con grasa de carbono y nanotubos de carbono. Esto lo hace flexible, biocompatible y fácilmente procesable en condiciones de laboratorio estándar, a diferencia de otros sensores que requieren materiales metálicos rígidos y procesos de fabricación costosos y complejos.
Uno de los aspectos más innovadores del sensor desarrollado por el equipo es su capacidad para enviar los datos capturados de manera inalámbrica y en tiempo real directamente a un teléfono celular, gracias a un microcontrolador Arduino incorporado. Esto permite obtener información precisa y constante sin necesidad de cables ni equipos sofisticados.
La importancia de este avance radica en que hoy nos encontramos plenamente en la “era de los sensores”, explica Humberto Palza, ya que la inteligencia artificial, el internet de las cosas y otras tecnologías emergentes requieren grandes cantidades de datos para operar y tomar decisiones inteligentes.
De esta forma, los sensores cobran una relevancia cada vez mayor al ser los encargados de proveer constantemente datos para alimentar sistemas inteligentes, desde asistentes virtuales hasta robots médicos o sistemas de monitoreo agrícola.
En ese sentido, el Dr. Muñoz agrega que “si bien el éxito de estos dispositivos representa un gran avance, también lo es el aprendizaje que se genera y el rol de la universidad en formar estudiantes con una visión multidisciplinaria, conectando laboratorios y capacidades locales con redes nacionales para enfrentar nuevos desafíos de manera colaborativa”.
PUBLICACIÓN EN REVISTA CIENTÍFICA
Cabe destacar que la investigación, titulada “All-PDMS capacitive and triboelectric dual sensors for wireless strain, pressure and material detection” (Sensores duales totalmente de PDMS, capacitivos y triboeléctricos, para detección inalámbrica de deformación, presión y tipo de material), fue publicada recientemente en la prestigiosa revista científica Sensors and Actuators: A. Physical.
Este potencial tecnológico abre múltiples posibilidades en campos como la robótica, las prótesis inteligentes, la medicina preventiva, la agricultura inteligente y el monitoreo remoto, consolidando así a los sensores como una pieza clave en el desarrollo tecnológico actual y futuro.
Escrito por: UFRO – U. de Chile
