Yema de dedo impresa en 3D que imita la sensibilidad humana

El objetivo es desarrollar "pieles artificiales" sensibles (para prótesis, por ejemplo) que puedan tener un tacto similar (si no mejor) al de nuestros dedos reales.

Los avances en el campo de la robótica son rápidos. Mientras tanto, se han creado robots que pueden volar, nadar y bucear, e incluso ejemplares que pueden reproducirse por sí mismos, sin intervención humana. Todo suena muy ingenioso. Al mismo tiempo, el investigador Nathan Lepora también se muestra crítico. "La destreza de los robots es sólo una pálida imitación de la de los humanos", afirma. Pero con el desarrollo de un dedo sensible impresa en 3D, está dando importantes pasos adelante.

Sentido del tacto

Aunque los ordenadores llevan décadas ganando a los mejores jugadores de ajedrez del mundo, los robots no pueden mover una simple pieza de ajedrez de la misma manera que nosotros. Esto se debe principalmente a la sensibilidad de las yemas de los dedos. "Los científicos saben que el sentido del tacto humano es esencial para nuestra destreza física", afirma Lepora. "Esto nos permite realizar tareas domésticas ordinarias, así como construir herramientas e instrumentos sofisticados". Sin embargo, este rasgo humano aún no es fácil de imitar en la robótica. "Se han propuesto muchas tecnologías diferentes para un sentido del tacto robótico", dice Lepora. "Pero ninguno se acercó tanto a la realidad como el nuestro".

Dedo impreso en 3D

En el nuevo estudio, Lepora y sus colegas consiguieron dotar de sentido del tacto a un dedo impreso en 3D. Nuestro propio sentido del tacto es creado por varios órganos especializados y terminaciones nerviosas en la piel o justo debajo de ella. Para imitarlo, los investigadores utilizaron piel impresa en 3D con pequeños "alfileres". "Parecen cientos de pequeños alfileres que apuntan hacia dentro", explica Lepora. "Replican una estructura similar en la piel humana, táctil, es decir, las papilas cutáneas".

Sección transversal de la punta del dedo impresa en 3D. El plástico blanco actúa como una especie de soporte para la piel de goma negra flexible. Ambas piezas se fabrican juntas en una sofisticada impresora 3D. Las "clavijas" del interior de la piel reproducen las papilas de la piel humana. Imagen: Prof. Nathan Lepora.

A continuación, se comprobó que la yema del dedo impresa en 3D era capaz de "sentirse" como la de un dedo humano. "Descubrimos que nuestra punta de dedo impresa en 3D puede producir señales nerviosas artificiales similares a las de las neuronas táctiles reales", dijo Lepora.

Aplicaciones

El hecho de que los investigadores hayan conseguido imitar el sentido del tacto humano en la robótica abre la puerta a muchas nuevas posibilidades. "En principio, una mano robótica con la destreza de la mano humana podría hacer todas las tareas físicas y los quehaceres que hacemos nosotros; desde lavar los platos hasta clasificar los residuos para su reciclaje", afirma Lepora. "Actualmente, hay una gran demanda de robots en las industrias de la logística y la alimentación que pueden, por ejemplo, empaquetar mercancías automáticamente. En la actualidad, gran parte de estas tareas siguen siendo realizadas por humanos, ya que los robots carecen de la destreza necesaria".

Prótesis

Las manos robóticas no sólo pueden hacerse cargo de tareas o labores con tacto, sino que también son prometedoras para el desarrollo de prótesis cada vez mejores, que pueden sentirse tan bien (si no mejor) que los dedos reales. "La impresión en 3D de una piel táctil podría dar lugar a robots que no sólo sean más diestros, sino que también mejoren significativamente el rendimiento de las manos protésicas al darles un sentido del tacto incorporado", dijo Lepora.

Con su estudio, los investigadores han dado un paso importante para optimizar la destreza de las manos robóticas. "Estoy muy orgulloso de que nuestra yema de dedo impresa en 3D se parezca mucho a una yema de dedo real", dijo Lepora. "Hace 40 años, los científicos midieron las señales nerviosas mientras se presionaba la yema del dedo contra bordes y crestas. Ahora hemos encontrado un patrón similar de actividad neuronal artificial en nuestra piel impresa en 3D".

Punto de mejora

A pesar de este importante paso, aún no lo hemos dado. "Un área de mejora es que nuestra piel impresa en 3D no es muy sensible a los detalles finos, como lo es un dedo humano", continúa Lepora. Según Lepora, esto se explica porque la piel impresa en 3D es más gruesa que la real. "Podíamos sentir espacios entre crestas de entre 1 y 2 milímetros, mientras que los humanos sienten espacios de menos de un milímetro", continúa. "Por eso queremos seguir mejorando nuestro diseño para que sea tan sensible (o incluso más) que la piel humana". El equipo investiga ahora cómo imprimir en 3D estructuras más finas, similares a la escala microscópica de la piel humana.

Toque humano

Una cuestión interesante es si el sentido del tacto humano es realmente la forma más óptima de fabricar robots más ágiles. "En efecto, existe un debate sobre si el tacto artificial debe imitar nuestro propio tacto", dice Lepora. "Pero lo veo como un buen punto de partida. En mi opinión, utilizar las manos es una característica que define al ser humano. Nuestros lejanos ancestros construyeron herramientas con sus propias manos. Toda la tecnología moderna procede directamente de máquinas que originalmente se hacían a mano. Además, todos los trucos y artilugios del hombre tienen su origen en nuestras capacidades cognitivas, que nos permiten diseñar herramientas que nos ayudan a conseguir los planes y objetivos deseados."

Aunque todavía queda un largo camino por recorrer antes de que las puntas de los dedos táctiles impresas en 3D se empleen en la vida cotidiana, el estudio de Lepora demuestra que es posible hacerlo. "El momento más emocionante para mí fue cuando observamos nuestras grabaciones de nervios artificiales de la yema del dedo impresa en 3D y se parecían a las grabaciones reales realizadas hace más de 40 años", afirma. "Llevamos diez años trabajando en nuestro diseño, basado en la réplica de la estructura física de la piel humana. Y ahora estamos demostrando que nuestras señales artificiales se parecen mucho a las señales nerviosas reales. Esto demuestra que hemos conseguido imitar el funcionamiento de la piel táctil humana".