Un sensor elástico autorreparable revoluciona los dispositivos portátiles inteligentes

El desarrollo de un sensor elástico autorreparable en Bélgica marca un punto de inflexión en la electrónica portátil, al permitir la restauración funcional del dispositivo tras sufrir cortes severos. El avance, publicado en el IEEE Sensors Journal y divulgado por la revista IEEE Spectrum, brinda una solución a la fragilidad característica de los sensores elásticos convencionales y abre nuevas oportunidades en salud, deporte y robótica blanda.

Este dispositivo fue desarrollado por el equipo liderado por Rathul Sangma, doctorando en la Vrije Universiteit Brussel e investigador afiliado a Imec. De acuerdo con el especialista, la principal motivación del proyecto fue la necesidad de sensores fiables en aplicaciones donde los dispositivos enfrentan esfuerzos constates o accidentes, como salud y rehabilitación.

Sobre los potenciales usos de esta tecnología, aclaró: “Estos sistemas a menudo soportan tensiones repetidas o daños accidentales. Los sensores elásticos existentes pueden fallar bajo esas condiciones, lo que provoca problemas de fiabilidad y aumenta el desperdicio”.

El sensor desarrollado integra elasticidad, autorreparación y reciclabilidad en un solo dispositivo. A diferencia de otros sensores que pierden su integridad tras cortes o deformaciones, este diseño innovador logra restaurar su funcionalidad y estructura original después de ser cortado en dos. Además, resiste varios ciclos de daño y recuperación, consolidándose como una opción prometedora en aplicaciones donde la durabilidad resulta clave.

Asimismo, el principal reto superado es la limitada vida útil de los sensores elásticos tradicionales, que se deterioran rápidamente cuando se someten a uso intensivo. La propuesta del equipo belga responde a la demanda de dispositivos portátiles capaces de recuperarse de daños, lo que permite reducir el desperdicio por sustitución frecuente de componentes.

La tecnología central del dispositivo utiliza un polímero con enlaces químicos reversibles conocidos como Diels–Alder. Estos enlaces activan los extremos del material al ser cortado, permitiendo que ambos fragmentos se reconecten al alinearse correctamente. “Cuando el material se corta, los enlaces rotos se vuelven reactivos y, al realinearse adecuadamente, se reconectan, devolviendo al polímero su estructura inicial”, detalló Sangma.

El sensor también incorpora Galinstan, un metal líquido que actúa como conductor. Sorprendentemente, tras un corte severo, el Galinstan no se fuga. El metal líquido se oxida al contacto con el aire, formando una fina barrera protectora que evita derrames.

Esta barrera de protección desaparece cuando las partes del sensor se ensamblan de nuevo. El científico desarrollador comparó su función con la coagulación sanguínea, ya que “el óxido actúa como un sello temporal que preserva la integridad del sistema hasta completar la curación”.

Las pruebas experimentales confirmaron que el sensor, tras ser cortado en dos, se autorrepara a temperatura ambiente en unas 24 horas. Si el proceso se realiza en un horno a 60°C, la reparación se reduce a apenas 4 horas. Incluso tras ser estirado y roto seis veces, el dispositivo mantiene el 80% de su capacidad original. Además, la deriva es inferior al 5% tras 800 ciclos de estiramiento en estado prístino, y menor al 10% luego de cortes y reparaciones.

El proceso de autorreparación no solo restaura la integridad mecánica, sino también la funcionalidad eléctrica. “Esta doble curación —tanto estructural como eléctrica— es lo que distingue nuestro diseño”, afirmó Sangma.

Sumado a que el sensor alcanzó un 80% de eficiencia de curado en recuperación de deformación y un 105% de eficiencia en recuperación del factor de sensibilidad. La histéresis en la relación resistencia-deformación se mantuvo por debajo del 1% y el tiempo de respuesta fue de 220 milisegundos.

En materia de sostenibilidad, el sensor es reciclable en más del 95% de sus materiales. El equipo describió en IEEE Spectrum el método de separación del sustrato polimérico y el Galinstan, lo que facilita la reutilización de los componentes al término de la vida útil del dispositivo.

Las posibles aplicaciones abarcan la monitorización de la salud, rehabilitación, rendimiento deportivo y la robótica blanda. En pruebas de seguimiento de movimientos articulares, como la flexión de dedos y rodillas, el sensor demostró sensibilidad y biocompatibilidad, consolidando su idoneidad para dispositivos portátiles inteligentes.

Con el objetivo de comercializar la tecnología, el equipo fundó Valence Technologies, la empresa encargada de transferir la innovación al mercado. Los próximos pasos incluyen escalar el sensor para registrar movimientos corporales completos y realizar pruebas de durabilidad a largo plazo en condiciones reales, como la exposición al sudor.

Según señaló el líder del proyecto en el informe de IEEE Spectrum, la capacidad de recuperar y reutilizar la mayoría de los materiales marca un avance significativo hacia la sostenibilidad en la electrónica portátil.