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– Wearables electronica vestible en la medicina
Courtesy Nanowerk: Wearables– Relojes inteligentes, rastreadores de ejercicios, prendas inteligentes, accesorios médicos inteligentes, guantes de datos: el mercado de la electrónica vestible está evolucionando rápidamente más allá del cuidado de la salud, el acondicionamiento físico y el bienestar hacia el entretenimiento y las aplicaciones comerciales e industriales.
La electrónica vestible consta de varias áreas: sensores, actuadores, electrónica y fuente de alimentación o generación. Mientras que la primera generación consistió principalmente en componentes desmontables, la segunda generación se está moviendo hacia sensores, actuadores y soluciones terapéuticas con incrustaciones de textiles (lea nuestro anterior Nanowerk Spotlight: «Nanotecnología en textiles: el nuevo negro»; tenemos una colección de focos en electrónica portátil).
Uno de los desafíos clave es el requisito de lograr y combinar diferentes propiedades como la flexibilidad, la comodidad del usuario y la capacidad para que el dispositivo esté en miniatura y a la moda. Para hacer esto, los investigadores están haciendo uso de diferentes materiales como nanotubos de carbono, grafeno, polímeros y elastómeros y compuestos dieléctricos. Estos se adaptan a la aplicación específica en función de sus diferentes comportamientos característicos sobre diferentes estímulos.
Un artículo de revisión en Materiales avanzados («Importancia de los nanomateriales en wearable: una revisión de los actuadores y sensores portátiles»), investiga la contribución de los nanomateriales en el campo de los vestibles (wearable) con un enfoque en los actuadores y sensores. Los autores discuten las aplicaciones actuales de los nanomateriales en este campo y abordan los diferentes materiales y métodos que se utilizan.
Actuadores vestibles – Wearables
Los actuadores reaccionan a una señal eléctrica o estímulos generados desde una unidad de procesamiento o una señal captada directamente desde un sensor. Dichos estímulos pueden desarrollarse por medios mecánicos, térmicos, químicos o magnéticos, mientras que las reacciones pueden dar como resultado deformaciones estructurales, fuerza o movimiento, calentamiento, ruido o incluso liberación de sustancias.
El desarrollo de e-textiles y telas inteligentes ha ampliado las aplicaciones de los actuadores portátiles. Contribuido a este desarrollo hemos incorporado elementos de calefacción en los vestibles; dispositivos terapéuticos basados en nanocompuestos; músculos artificiales y actuadores musculares; dispositivos de rehabilitación; y sistemas de administración de fármacos portátiles.
Para incorporarse a la electrónica portátil y flexible, la selección del material es muy importante. Según sus aplicaciones, deben tener suficiente resistencia, rigidez estructural y flexibilidad y deben poder proporcionar una cantidad suficiente de fuerza de accionamiento. Además, deben poseer comodidad y biocompatibilidad especialmente para los sistemas de administración de fármacos y sistemas terapéuticos.
Sin embargo, los materiales de transductores tradicionales como los materiales piezoeléctricos, los materiales magnetoestrictivos y los compuestos de tunelización cuántica son muy difíciles de integrar en materiales flexibles debido a su poca flexibilidad. Esto ha llevado a la exploración de diferentes grupos de materiales y al desarrollo de nuevos nanocompuestos y otros materiales, incluidas las nanopartículas metálicas, polímeros electroactivos, polímeros conductores, líquidos iónicos, nanotubos de carbono, grafeno y aleaciones con memoria de forma.
Con esta variedad de materiales y sus aplicaciones, los investigadores han seguido diferentes procesos de fabricación, como electrohilado, recubrimiento por pulverización, tejido, tejido y fundición de soluciones.
Sensores vestibles – Wearables
Los sensores nanomateriales detectan un estímulo externo y lo convierten en una señal medible, que luego se puede transferir a una unidad de procesamiento o un dispositivo de monitoreo.
La aparición de sensores en nuestra vida cotidiana ha revolucionado la calidad de vida del ser humano. Tome un teléfono inteligente moderno: puede fijar, agregar y mostrar con precisión la posición y orientación de los usuarios al integrar muchos sensores como giroscopio, acelerómetro, magnetómetro y barómetros en concierto.
Pero se espera que los sensores portátiles sean las aplicaciones más viables y posibles en un futuro próximo. Los dispositivos vestibles ~wearables equipados con una serie de sensores simplificados, como la temperatura, los sensores de tensión para la postura y el movimiento del cuerpo, los biosensores para el control de enfermedades y los sensores multifuncionales para la detección de la expresión de voz y facial pueden enviar datos en tiempo real a un sistema central de procesamiento y monitoreo.
Los sensores vestibles deben ser ligeros y flexibles, exhibir rendimientos mecánicos y térmicos superiores para evitar que se dañen, y deben ser de bajo costo.
La baja flexibilidad y consistencia de los sistemas de sensores tradicionales basados en metal rígido y materiales semiconductores los hace en gran medida inadecuados para sensores portátiles.
Los sensores vestibles requieren nuevos enfoques en el diseño de materiales y estructuras para poseer una alta flexibilidad, capacidad de estiramiento, sensibilidad y amplio rango de detección.
Esto llevó a los investigadores a explorar nuevos nanocompuestos y nanomateriales para sensores vestibles – wearable. La elección de nanomateriales para sensores vestibles considera principalmente las propiedades de los materiales, la tecnología de procesamiento y la posibilidad de producción a gran escala. Especialmente, los nanomateriales y nanocompuestos 1D, incluidos los nanocables metálicos y las nanofibras, se están utilizando ampliamente.
Para obtener la capacidad de estiramiento a gran escala de los nanomateriales, además de utilizar todos los materiales intrínsecamente estirables, muchos investigadores han adoptado estrategias de diseño estructural avanzadas para mejorar el comportamiento de deformación a nivel del sistema, como estructuras onduladas, formas de herradura, serpentinas filamentosas o estructuras fractales y Estructuras porosas incluyendo esponjas y espumas.
Los sensores basados en nanomateriales se preparan principalmente incorporando nanomateriales en sustratos flexibles o elásticos, como fibra, tejido o matriz de polímero. Para fabricar sensores vestibles basados en nanomateriales, los investigadores utilizan predominantemente el revestimiento por centrifugación, el revestimiento por pulverización, la fundición por goteo, el revestimiento por inmersión, el montaje capa por capa, la filtración al vacío y las técnicas de impresión directa o escritura.
Estos sensores vestibles pueden colocarse o incrustarse en la ropa o adherirse a partes del cuerpo como el dedo, la muñeca, el brazo, la garganta, el pecho y la pierna. Otros se pueden incrustar en accesorios de uso tales como guantes, relojes, aretes, collares, broches, etc.
Por Michael Berger: Michael es autor de dos libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology and Nanotechnology: The Future is Tiny. Copyright © Nanowerk
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