En los últimos años, los sensores portátiles para controlar todo tipo de cosas, desde el recuento de pasos hasta el ritmo cardíaco, se han convertido en algo casi omnipresente, pero recientemente un grupo de científicos se ha propuesto desarrollar dispositivos portátiles más precisos que no necesiten ser recargados.

El mercado de la tecnología vestible tuvo un valor de casi 70.000 millones de dólares en 2019, según un informe de IDTechEx, y los sensores vestibles son una parte esencial de ese mercado, ya que son los que permiten monitorizar las actividades del cuerpo humano.

Solo el mercado de los sensores para vestir ha superado la barrera de los 1.000 millones de dólares y se espera que supere los 3.800 millones en 2022, según una previsión de IDTechEx.

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Dada la importancia que están adquiriendo este tipo de dispositivos y para mejorar sus prestaciones en tareas tan importantes como el seguimiento de la salud y la actividad física de sus portadores, investigadores de la Universidad de Arizona desarrollaron una nueva generación de sensores vestibles que denominan “dispositivo biosimbiótico” y que, según sus creadores, tiene varias ventajas sin precedentes:

Los dispositivos no sólo se imprimen en 3D a medida y se basan en los escaneos corporales de los usuarios, sino que pueden funcionar continuamente sin necesidad de conectarlos a la corriente eléctrica.

“No existe nada parecido”, afirma Philipp Gutruf, profesor asistente de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Arizona y coautor de la investigación. “Introducimos un concepto completamente nuevo de adaptar un dispositivo directamente a una persona y utilizar la alimentación inalámbrica para que el dispositivo funcione 24 horas al día, 7 días a la semana, sin necesidad de recargarlo”, añadió.

En cambio, los actuales sensores portátiles se enfrentan a varias limitaciones. Por ejemplo, los relojes inteligentes necesitan cargarse y sólo pueden recoger una cantidad limitada de datos debido a su emplazamiento en la muñeca.

“Gracias a la forma en que fabricamos el dispositivo y lo fijamos al cuerpo, podemos utilizarlo para recopilar datos que un dispositivo portable tradicional montado en la muñeca no podría recoger”.

—  Tucker Stuart estudiante de doctorado en ingeniería biomédica y primer autor del artículo

Para escenarios como la medición de la aparición de debilidad en adultos mayores, el diagnóstico rápido de enfermedades potencialmente mortales, la comprobación de la eficacia de nuevos fármacos o el seguimiento del rendimiento de atletas profesionales, se necesitan dispositivos de grado médico, como el presentado por los investigadores.

El equipo dirigido por Gutruf demostró que puede imprimir en 3D dispositivos a medida que se ajustan a diversas partes del cuerpo para realizar mediciones específicas y más precisas.

“Si quieres algo cercano a la temperatura corporal central de forma continua, por ejemplo, querrás colocar el sensor en la axila. O, si quieres medir la forma en que se deforma tu bíceps durante el ejercicio, podemos colocar un sensor en los dispositivos que puede lograrlo”, afirmó Tucker Stuart, estudiante de doctorado en ingeniería biomédica y primer autor del artículo.

Además de adaptarse a muchas partes del cuerpo, estos sensores pueden funcionar de forma continua gracias a una combinación de transferencia de energía inalámbrica y almacenamiento compacto de energía.

“La combinación de la mecánica extensible y el funcionamiento continuo también combate la fatiga del usuario, lo que se traduce en una mejor aceptación del dispositivo”, explica Philipp Gutruf a Metro.

“Es tan sencillo como ponerse el dispositivo. Luego te olvidas de él y hace su trabajo”, añade Gutruf.

Usos de los sensores portables

-Monitoreo del paciente COVID-19

Un grupo de científicos de la Universidad Case Western Reserve y de la Universidad de California propuso el año pasado el uso de sensores vestibles para monitorizar de forma segura la salud individual y de la población, lo que podría evitar que más personas se infectaran con COVID-19.

-Monitoreo fisiológico

Una investigación publicada en el Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation destaca que la monitorización fisiológica mediante sensores podría ayudar tanto al diagnóstico como al tratamiento continuo de un gran número de personas con enfermedades neurológicas, cardiovasculares y pulmonares, como convulsiones, hipertensión, disritmias y asma.

-Detección del movimiento

La misma investigación del Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation sugiere que la detección de movimiento en el hogar podría ayudar a prevenir caídas y a maximizar la independencia y la participación del individuo en la comunidad.

Entrevista

Philipp Gutruf,
profesor adjunto de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Arizona

¿Qué le llevó a desarrollar este tipo de wearables inalámbricos?

–La inspiración para desarrollar esta nueva clase de dispositivos vino sobre todo de la brecha existente en las capacidades de los actuales dispositivos vestibles. Los factores de forma no han cambiado desde hace mucho tiempo y deficiencias como la necesidad constante de interacción con el dispositivo, como la carga, y la falta de fidelidad de los sensores, a menudo inducida por la construcción de dispositivos voluminosos, restringen las capacidades de manera significativa. Empezamos este proyecto para superar estas limitaciones y permitir la recogida ininterrumpida de bioseñales y proporcionar una plataforma para nuevos sensores que se integren íntimamente en el cuerpo.

¿Cómo lograron que estos dispositivos no necesiten recargarse?

–Nuestro objetivo también era crear un sistema que fuera casi imperceptible para el sujeto que lo lleva, por eso necesitábamos eliminar las voluminosas baterías y lo conseguimos utilizando una técnica llamada power casting que recarga los dispositivos o incluso los alimenta completamente en la proximidad de esta infraestructura. En concreto, utilizamos ondas de radiofrecuencia enviadas por un lanzador de energía a una frecuencia que tiene una absorción mínima en el cuerpo humano y que es captada por una antena en el dispositivo biosimbiótico para alimentarlo.  Esto significa que los usuarios nunca tienen que hacer una recarga con una conexión física. De hecho, en nuestra publicación demostramos que los dispositivos se mantienen recargados durante semanas.

Háblenos de la impresión 3D personalizada.

–Utilizamos escaneos 3D del usuario para crear un mapa del cuerpo que funciona como plantilla para nuestros diseños, que se adaptan a la persona. A continuación, utilizamos la impresión 3D para fabricar un dispositivo biosimbiótico único. Utilizamos métodos de impresión escalables con materiales blandos que son biocompatibles, lo que hace que esta técnica sea especialmente interesante para aplicaciones biomédicas de alto rendimiento.

¿Qué aplicaciones prácticas pueden tener estos dispositivos?

–Las aplicaciones de los dispositivos biosimbióticos pueden ir desde los dispositivos de diagnóstico que permiten detectar y gestionar enfermedades en casa hasta las aplicaciones relacionadas con el rendimiento humano que caracterizan el entrenamiento y la recuperación. Los dispositivos también pueden utilizarse para controlar el entorno que rodea al usuario y proporcionarle información.

Dado que los dispositivos son personalizados, también pueden ser posibles configuraciones de sensores individualizadas para cubrir escenarios específicos de comorbilidades, por ejemplo.