Imagine que lleva una camisa que parece ropa normal, pero puede obtener datos en tiempo real sobre su salud y el entorno que lo rodea. La ropa también puede calentarse o enfriarse automáticamente e incluso brindarle información sobre transporte local, restaurantes y atracciones durante su viaje. Yendo un paso más allá, las mismas fibras podrían usarse para tratar enfermedades neurológicas o proporcionar a los médicos retroalimentación táctil durante cirugías remotas, que se están convirtiendo en una realidad.
Un equipo de investigación de la Universidad Fudan en Shanghai, China, anunció recientemente que han construido circuitos electrónicos complejos dentro de fibras flexibles que son más delgadas que el cabello humano, creando un hilo informático ultrafino llamado "chip de fibra". Los resultados relevantes han sido publicados en la revista Nature. Según el equipo, esta tecnología se ha desarrollado durante más de diez años, con el objetivo de proporcionar una plataforma informática y de detección verdaderamente flexible que pueda producirse en masa para dispositivos portátiles, textiles inteligentes y una nueva generación de interfaces cerebro-computadora.
Esta no es la primera vez que aparecen fibras inteligentes. La comunidad de investigación científica ha estado tratando de incorporar funciones conductoras y sensoriales en los tejidos durante muchos años para lograr una interacción humano-computadora más invisible y natural. Sin embargo, cómo meter componentes electrónicos complejos en un espacio tan pequeño como hilo de algodón siempre ha sido uno de los obstáculos técnicos. Al mismo tiempo, aunque los chips tradicionales continúan reduciendo su tamaño, existe un conflicto natural entre su estructura plana y rígida y las telas suaves, lo que dificulta doblarlos y torcerlos verdaderamente "como una tela".
Para superar esta limitación, el equipo de Fudan abandonó la idea de "pegar" componentes electrónicos a la superficie de los textiles y, en su lugar, utilizó laminación y estructuras de bobinado en espiral para construir circuitos tridimensionales dentro de fibras ultrafinas. Bajo esta arquitectura, los investigadores integraron alrededor de 10.000 transistores en una fibra de sólo 1 milímetro de longitud, dándole una potencia de procesamiento aproximadamente equivalente a la de un chip de marcapasos. El equipo señaló que si esta fibra se extiende hasta 1 metro (aproximadamente 3,3 pies), se espera que pueda albergar millones de transistores. La potencia informática general puede ser comparable a la de una computadora de escritorio típica, y estas "unidades informáticas" todavía existen en forma de hilos y pueden tejerse en la ropa.
No solo eso, cada fibra también está integrada con componentes como resistencias, condensadores y diodos, formando un sistema híbrido de circuito cerrado que puede procesar señales digitales y analógicas al mismo tiempo, lo que lo hace no solo capaz de realizar cálculos, sino también de adquisición y acondicionamiento de señales. Esto significa que se espera que los futuros textiles inteligentes completen la recopilación, el preprocesamiento y la transmisión de datos en el nivel de "una sola línea", en lugar de depender de voluminosos módulos externos.
Según los informes, el diámetro de este chip de fibra es de unas 50 micras, mientras que el diámetro del cabello humano normal es de unas 70 micras, por lo que se acerca más a las fibras textiles convencionales en términos de visión y tacto. Sus propiedades mecánicas altamente blandas no sólo son adecuadas para ser confeccionadas en ropa, sino que también son equivalentes a las propiedades mecánicas de los tejidos blandos como el tejido cerebral, lo que abre espacio para sus aplicaciones de implantación en el campo de la neuromedicina. El equipo de investigación señaló en el artículo que este material tiene un rendimiento excepcional en cuanto a suavidad y biocompatibilidad y se espera que se convierta en un material de plataforma para implantes neuronales inteligentes y otros dispositivos médicos blandos.
"El cuerpo humano está compuesto principalmente de tejidos blandos, por lo que campos emergentes como las futuras interfaces cerebro-computadora necesitan urgentemente sistemas electrónicos blandos y altamente compatibles". Peng Huisheng, investigador de la Universidad de Fudan y uno de los líderes de este estudio, en una entrevista con la agencia de noticias Xinhua. Según los informes, se espera que esta tecnología se utilice en el futuro para aliviar los síntomas relacionados con la enfermedad de Parkinson, la epilepsia, los accidentes cerebrovasculares y otras enfermedades, o que se integre en instrumentos de precisión y se utilice como un elemento sensor altamente sensible.
En términos de aplicaciones portátiles, el equipo de investigación ha utilizado chips de fibra para crear un "guante táctil inteligente". Chen Peining, del Instituto de Materiales y Dispositivos de Fibra de la Universidad de Fudan, dijo que este tipo de guantes se ven y se sienten igual que las telas comunes, pero pueden sentir y simular el tacto de diferentes objetos. En escenarios de cirugía robótica remota, se espera que los médicos que usan estos guantes "sientan" diferencias en la dureza del tejido, obteniendo así una retroalimentación táctil más intuitiva durante las operaciones remotas.
El equipo de investigación científica también destacó que para que los prototipos de laboratorio avancen hacia aplicaciones reales, también deben resolver los problemas de fabricación a gran escala y durabilidad. Para ello, adoptan una tecnología de proceso que es altamente compatible con la industria de chips existente y afirman haber logrado una producción en masa de chips de fibra. En pruebas que simulaban el uso diario, las fibras sobrevivieron a más de 10.000 ciclos de flexión y fricción y permanecieron funcionales; en experimentos de tracción, las fibras resistieron aproximadamente un 30% de alargamiento y podían torcerse fácilmente. Además, ha resistido 100 veces de lavado con agua, así como pruebas de presión de aproximadamente 100 grados centígrados y el equivalente al lastre de un camión de 15,6 toneladas.
Actualmente, el equipo de investigación coopera con hospitales para transformar la tecnología de chips de fibra en cirugía cardiovascular y explorar su posible aplicación en catéteres, stents o medios auxiliares quirúrgicos. "Esperamos que algún día los tejidos electrónicos basados en 'chips de fibra' puedan intercambiar información con tanta eficacia como los teléfonos móviles y los ordenadores actuales", afirmó Chen Peining.