Pesquisadores criam ‘pele’ digital que dá tato a próteses artificiais

Direito de imagem Universidade de Stanford
Image caption Os sensores podem ser vistos acoplados às pontas de uma mão artificial

Engenheiros construíram sensores altamente sensíveis que podem dar a sensação táctil à próteses externas.

Os sensores flexíveis são capazes de detectar o toque e, como a pele, produz impulsos elétricos que respondem ao aumento de pressão e são reconhecidos pelo sistema nervoso central.

Eles também usaram esses impulsos para ativar neurônios em amostras de cérebros de ratos. Os cientistas pretendem agora utilizar a "pele" artificial no revestimento de próteses de modo a proporcionar aos usuários uma sensação táctil.

Os pesquisadores afirmam que o sistema permite uma reprodução mais fiel do tato do que outros modelos de pele artificial, oferecendo uma opção promissora de desenvolvimento para próteses responsivas.

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O trabalho foi publicado na revista científica Science.

A principal vantagem, segundo a autora Zhenan Bao, é que o sensor flexível produz um padrão de impulsos que é reconhecido pelo sistema nervoso.

Tecnologia vestível

"Com materiais plásticos, nós e outros pesquisadores nessa área já tínhamos conseguido produzir sensores sensíveis ao toque - mas o sinal elétrico que saía desses sensores não tinha o formato certo para ser interpretado pelo cérebro", disse Bao.

Isso significa que outros modelos, embora tenham produzido resultados importantes em testes com pacientes, demandavam um processador ou um computador para "traduzir" a informação do toque.

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"Nosso sensor agora é acoplado a um circuito eletrônico impresso. Esse circuito permite que o sensor gere impulsos elétricos que conseguem se comunicar com o cérebro", afirma Bao, engenheira química da Universidade de Stanford, nos EUA.

"Consideramos isso o primeiro passo para o uso de materiais plásticos em pele artificial para membros artificiais."

No curto prazo, acrescentou a professora, os sensores podem ser úteis em equipamentos de tecnologia vestível.

"Os sensores são muito finos e flexíveis, e também são elásticos. Então você poderia montar um sensor em sua pele e usá-lo para detectar sinais vitais como os batimentos cardíacos e pressão arterial", afirmou.

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Image caption Os sensores podem ser dobrados e esticados

O coração do projeto é uma camada de polímero elástico, flexível, atada com nanotubos de carbono e moldada em forma de pequenas pirâmides. Quando o sensor é pressionado, essa camada de semi-condutor oferece uma leitura da pressão.

"Quando a pressão é aplicada, as pirâmides se deformam", diz Bao. "A parte superior torna-se mais plana, e isso muda a quantidade de corrente que pode fluir através destas pirâmides."

Abaixo dessa camada há o circuito eletrônico impresso, chamado oscilador, que transforma a corrente variável em uma série de impulsos. Com mais pressão e mais corrente, a taxa dos impulsos sobe.

Flashes rápidos

Para mostrar que esse sinal poderia se comunicar com o sistema nervoso de forma efetiva, Bao e seus colegas o transmitiram a um LED azul e refletiram a luz sobre um pedaço do cérebro de um rato.

Nessa amostra cerebral, um subconjunto de células cerebrais havia sido modificado para responder a esse estímulo, por meio de um canal sensível à luz que encheu a célula de carga elétrica após ser atingido por fótons azuis.

E depois, quando os cientistas mediram os impulsos de células dentro desse pedaço de cérebro, encontraram uma leitura fiel dos impulsos produzidos pelo sensor de toque.

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Image caption Pesquisadores esperam que o design de plástico seja útil para uso em membros artificiais

Essa técnica baseada na luz é conhecida como optogenética, e é usada por neurocientistas para vários tipos de experimentos, inclusive a manipulação de lembranças pela ativação de conjuntos específicos de neurônios.

A equipe de Bao escolheu essa técnica porque fornecer eletricidade a células de forma direta é um processo problemático.

"Eletrodos são feitos de material duro e tendem a danificar os neurônios, mas usando essa técnica não temos que contatar os neurônios de forma direta", afirma a engenheira.

No futuro, a tecnologia de células-tronco poderia gerar uma interface ótica para equipamentos como esses novos sensores. E também os meios de fornecer impulsos elétricos diretamente às células podem ser aperfeiçoados.

"Há muitos avanços hoje em eletrodos macios, para melhores interfaces biológicas. Esse pode ser um outro caminho", diz Bao.

A cientista de materiais do MIT (Massachusetts Institute of Technology) Polina Anikeeva disse à BBC que a experiência do time de Bao em Stanford foi empolgante.

"Várias companhias e testes clínicos estão explorando a optogenética como uma alternativa aos estímulos elétricos", disse Anikeeva.

"À medida que a eficácia e a segurança desse método ficar mais clara, será possível prever mais usos do estímulo neuronal optogenético em próteses, mas isso levará tempo e esforço."