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Crean "nanotatuajes" capaces de comunicaciones inalámbricas

La tinta no requiere alimentación eléctrica. Tiene múltiples aplicaciones, desde diagnósticos médicos hasta pintura automotriz. "Cualquier superficie puede ser utilizada para esto, no se limita al cuerpo humano", dicen sus creadores.

Fuente: KESHAN PERERA / HNUSTUDIO / IEEE

Investigadores de dos instituciones en Estambul han desarrollado nanotatuajes capaces de comunicaciones inalámbricas pasivas con dispositivos cercanos, sin necesidad de fuentes de alimentación externas como baterías. Este avance podría llevar a numerosas tecnologías de bioseguimiento que, hasta ahora, se han visto obstaculizadas al depender de una voluminosa fuente de alimentación externa o de comunicaciones por cable.


Los nanotatuajes sensoriales basados en retrodispersión (BNTS, por sus siglas en inglés) fueron desarrollados por Kristen D. Belcastro, profesora en la Universidad Yeditepe de Estambul, y Onur Ergen, vicepresidente de investigación y desarrollo en el departamento de electrónica y comunicaciones de la Universidad Técnica de Estambul. Los tatuajes están compuestos por dos tintas: una de óxido de zinc que contiene nanocables incrustados sobre otra tinta conductora de aerogel de grafeno.


Ambas tintas se aplican simultáneamente sobre la piel mediante agujas separadas. Ergen afirma que también hay algo de aerogel en la tinta que contiene los nanocables, aunque en una proporción menor que en la capa inferior, y como resultado, las dos tintas se adhieren al entrar en contacto.


Las comunicaciones inalámbricas de los dispositivos se basan en la generación de señales eléctricas a partir de la actividad piezoeléctrica, que se hace posible a medida que los tatuajes cambian de forma, convirtiendo la energía mecánica en energía eléctrica. La infraestructura de red inalámbrica de los tatuajes utiliza un teléfono inteligente para rebotar señales en el tatuaje y recibir datos, con un módem de banda ancha como dispositivo auxiliar. En el trabajo de investigación recientemente publicado por los investigadores en IEEE Electron Device Letters, el sistema analizó el rango de movimiento. Sin embargo, Ergen afirma que están explorando muchos otros casos de uso.


"Cuando la etiqueta pintada recibe las señales de radiofrecuencia (RF), refleja algunas de las señales para establecer una conexión ascendente con el lector del teléfono inteligente, mientras que el teléfono inteligente establece una conexión descendente con la etiqueta", escribieron los investigadores en su artículo. "A partir de estas conexiones de comunicación, el teléfono inteligente puede monitorear continuamente el BNTS y procesar la información utilizando algoritmos de inteligencia artificial".


Fuente: ISTANBUL TECHNICAL UNIVERSITY / IEEE

Ergen afirma que este enfoque de comunicación, llamado retrodispersión ambiental, es similar a RFID pero no depende de un número limitado de frecuencias permitidas. Los investigadores lograron recibir información de los tatuajes utilizando un módem de banda ancha a 900 megahercios y 2.45 gigahercios.


El dispositivo creado por Belcastro y Ergen es similar en principio a otros tatuajes electrónicos, y el co-inventor de uno de esos tatuajes afirmó que la capacidad de comunicación inalámbrica es convincente.


"El tener un tatuaje inalámbrico pasivo del cual aún se puede acceder a información es la clave aquí, eso llamó mi atención", dice Dmitry Kireev, profesor asistente entrante de ingeniería biomédica en la Universidad de Massachusetts-Amherst. Como investigador postdoctoral en la Universidad de Texas, Kireev cocreó un tatuaje de grafeno que puede medir con precisión la presión arterial. Aunque los tatuajes son delgados y flexibles, Kireev afirma que las conexiones por cable que actualmente requieren representan un obstáculo considerable para crear un dispositivo realmente conveniente.


"El desafío con todo en lo que hemos estado trabajando nosotros mismos es la interconexión", dice Kireev, "y si hay un enfoque para hacer esta comunicación completamente inalámbrica, lo que están descubriendo aquí es un concepto muy interesante".


Kireev también afirma que el nuevo dispositivo multicapa puede ayudar a avanzar en la investigación de comunicaciones en torno a los biosensores de grafeno, que son extremadamente populares en los laboratorios.


"El grafeno no es un buen material para antenas", dice. "Es una sola capa, no es lo suficientemente conductor. Podrías hacer una versión más gruesa, con decenas o cientos de capas, pero entonces ya no sería realmente grafeno, sería más bien grafito".

Nicholas Williams, vicepresidente de tecnología y desarrollo de productos en la startup de dispositivos X-Cor Therapeutics, cocreó una fina película electrónica similar al dispositivo de Belcastro y Ergen cuando era estudiante de posgrado en la Universidad de Duke. Ambas técnicas crearon circuitos funcionales directamente sobre la piel en lugar de depender de sensores preimpresos, y Williams afirma que esto podría permitir la personalización futura en el mercado de sensores.


"Hay muchos casos de uso, y si los fabricas de manera tradicional, necesitarías un sensor y un enfoque diferentes para crear algo para medicina deportiva en comparación con un sistema biomédico, o para adultos en comparación con niños", dice Williams. "Si tienes sistemas impresos, puedes generar un archivo específico para el caso de uso que necesites, y eso amplía las capacidades sin necesidad de tener almacenes llenos de sensores de diferentes formas, tamaños y usos previstos".


Más posibilidades en el ámbito de la atención médica y más allá Ergen afirma que su investigación sobre los tatuajes se está expandiendo hacia otros aspectos de la atención médica. Una investigación actual se centra en cómo utilizar los tatuajes como sensores EEG inalámbricos. Y aunque la versión actual utiliza el movimiento de una parte del cuerpo para generar la energía necesaria para recibir una señal ambiental, Ergen afirma que también podrían funcionar otros enfoques. Por ejemplo, Ergen y otros investigadores han explorado previamente el uso de sensores de sudor para recopilar datos.


"Sin embargo, nuestro trabajo reciente, que aún no se ha publicado, permite el análisis del sudor y la saliva sin necesidad de una batería, utilizando la tecnología de retrodispersión", afirma. "Esperamos publicar este trabajo en los próximos meses".

Los dispositivos de bioseguimiento son solo una parte de un extenso portafolio de investigación de Ergen, que va más allá de la atención médica. Recientemente recibió una subvención de €1.4 millones del Consejo Europeo de Investigación para explorar la rediseñada de baterías a través de la ingeniería cuántica de electrones. Incluso los tatuajes, que han sido estables durante más de cuatro meses con una encapsulación adicional de polímero, pueden ser utilizados en casi cualquier escenario donde se desee comunicación inalámbrica.


"Cualquier superficie puede ser utilizada para esto, no se limita al cuerpo humano", dice Ergen. "Puedes colocarlo en cualquier lugar, por ejemplo, en automóviles, en lugares a los que es imposible acceder para diagnósticos. Todos los nuevos autos tienen redes inalámbricas. Puedes pintarlos en algún lugar y obtener los datos. Puedes llegar a cualquier lugar. Si pintas tu silla con nuestro sensor, puedes obtener constantemente información sobre tu posición sentada. Puedes predecir si alguna pieza podría estar rota porque comienza a darte una señal extraña".


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