Wearables inalámbricos personalizados impresos en 3D que nunca necesitan una carga

Los ingenieros de la Universidad de Arizona han desarrollado una forma de imprimir en 3D dispositivos portátiles de grado médico, como estos, basándose en los escáneres corporales del usuario. Crédito: Laboratorio Gutruf / Universidad de Arizona

Los nuevos dispositivos, hechos a medida para adaptarse a las personas, podrían significar mejoras masivas en el control y el tratamiento de enfermedades, la prueba de nuevos medicamentos y la capacidad de realizar un seguimiento de la salud personal.

Los sensores portátiles para monitorear todo, desde el recuento de pasos hasta la frecuencia cardíaca, son casi omnipresentes. Pero para escenarios como medir el inicio de la fragilidad en adultos mayores, diagnosticar rápidamente enfermedades mortales, probar la eficacia de nuevos medicamentos o rastrear el desempeño de los atletas profesionales, se necesitan dispositivos de grado médico.

Los ingenieros de la Universidad de Arizona han desarrollado un tipo de dispositivo portátil al que llaman “dispositivo biosimbiótico”, que tiene varios beneficios sin precedentes. Los dispositivos no solo se imprimen en 3D de forma personalizada y se basan en escaneos corporales de los usuarios, sino que pueden funcionar de forma continua mediante una combinación de transferencia de energía inalámbrica y almacenamiento de energía compacto. El equipo, dirigido por Philipp Gutruf, profesor asistente de ingeniería biomédica y miembro de la facultad Craig M. Berge en la Facultad de Ingeniería, publicó sus hallazgos hoy en la revista Science Advances.

“No hay nada como esto por ahí”, dijo Gutruf, miembro del Instituto BIO5 de la universidad. “Introducimos un concepto completamente nuevo de adaptar un dispositivo directamente a una persona y utilizar la transmisión de energía inalámbrica para permitir que el dispositivo funcione 24 horas al día, 7 días a la semana sin necesidad de recargar”.


Los ingenieros de la Universidad de Arizona han desarrollado un nuevo tipo de dispositivo portátil que se imprime en 3D para adaptarse al usuario. El dispositivo también funciona de forma continua mediante una combinación de transferencia de energía inalámbrica y almacenamiento de energía compacto. Crédito: Laboratorio Gutruf / Universidad de Arizona

El ajuste personalizado permite un control preciso

Los sensores portátiles actuales enfrentan varias limitaciones. Los relojes inteligentes, por ejemplo, deben cargarse y solo pueden recopilar cantidades limitadas de datos debido a su ubicación en la muñeca. Mediante el uso de escaneos 3D del cuerpo de un usuario, que se pueden recopilar a través de métodos que incluyen resonancias magnéticas, tomografías computarizadas e incluso imágenes de teléfonos inteligentes cuidadosamente combinadas, Gutruf y su equipo pueden imprimir en 3D dispositivos personalizados que se envuelven alrededor de varias partes del cuerpo. Piense en un manguito de malla prácticamente imperceptible, ligero y transpirable diseñado específicamente para sus bíceps, pantorrillas o torso. La capacidad de especializar la colocación de sensores permite a los investigadores medir parámetros fisiológicos que de otro modo no podrían.

Ejecución con dispositivo biosimbiótico

Los ingenieros de la Universidad de Arizona han desarrollado una forma de imprimir en 3D dispositivos portátiles de grado médico, como este, basándose en los escáneres corporales del usuario. Crédito: Laboratorio Gutruf / Universidad de Arizona

“Si desea algo cercano a la temperatura corporal central de forma continua, por ejemplo, querrá colocar el sensor en la axila. O, si desea medir la forma en que su bíceps se deforma durante el ejercicio, podemos colocar un sensor en los dispositivos que pueden lograrlo ”, dijo Tucker Stuart, estudiante de doctorado en ingeniería biomédica y primer autor del artículo. “Debido a la forma en que fabricamos el dispositivo y lo conectamos al cuerpo, podemos usarlo para recopilar datos que un dispositivo portátil tradicional montado en la muñeca no podría recopilar”.

Debido a que estos dispositivos biosimbióticos se ajustan a la medida del usuario, también son muy sensibles. El equipo de Gutruf probó la capacidad del dispositivo para monitorear parámetros, incluida la temperatura y la tensión, mientras una persona saltaba, caminaba en una cinta de correr y usaba una máquina de remo. En la prueba de la máquina de remo, los sujetos usaron múltiples dispositivos, rastreando la intensidad del ejercicio y la forma en que los músculos se deformaban con gran detalle. Los dispositivos eran lo suficientemente precisos como para detectar los cambios de temperatura corporal inducidos al subir un solo tramo de escaleras.

Continuo, inalámbrico y sin esfuerzo

Gutruf y su equipo no son los primeros en adaptar los dispositivos portátiles para realizar un seguimiento de la salud y la función corporal. Sin embargo, los wearables actuales no tienen la capacidad de realizar un seguimiento de las métricas de forma continua o con la precisión suficiente para llegar a conclusiones significativas desde el punto de vista médico.

Algunos wearables utilizados por los investigadores son parches que se adhieren a la piel, pero se desprenden cuando la piel pasa por su proceso normal de muda o, a veces, cuando un sujeto suda. Incluso los dispositivos portátiles altamente sofisticados que se utilizan en entornos clínicos, como los monitores de ECG, enfrentan estos problemas. Además, no son inalámbricos, lo que limita gravemente la movilidad. Los pacientes no pueden seguir con sus rutinas diarias normales si están atados a dispositivos externos voluminosos.

El dispositivo biosimbiótico que ha introducido el equipo de Gutruf no utiliza adhesivo y recibe su energía de un sistema inalámbrico con un alcance de varios metros. El dispositivo también incluye una pequeña unidad de almacenamiento de energía, de modo que funcionará incluso si el usuario sale del alcance del sistema, incluso fuera de la casa.

“Estos dispositivos están diseñados para no requerir interacción con el usuario”, dijo Gutruf. “Es tan simple como poner el dispositivo. Entonces te olvidas de él y hace su trabajo “.

Referencia: “Dispositivos inalámbricos biosimbióticos, personalizados y fabricados digitalmente para la recopilación indefinida de señales biológicas de alta fidelidad”, 8 de octubre de 2021, Avances de la ciencia.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj3269

Esta investigación fue financiada por el Programa Piloto de Subvenciones Semilla de Biociencia Traslacional de la Fundación Flinn. El equipo también ha estado trabajando con Tech Launch Arizona, el brazo de comercialización de la universidad, para proteger la propiedad intelectual y lanzar una startup para llevar la tecnología al mercado.


Source: SciTechDaily by scitechdaily.com.

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