Las interfaces cerebro-máquina (ICM) han tenido un gran avance gracias a la creación de un sensor de grafeno que permite el control preciso de un robot con solo pensarlo. La utilización de esta tecnología no solo tiene implicaciones positivas en el ámbito de la salud, sino que también puede tener aplicaciones en otras industrias.
Las ICM permiten que una persona opere un dispositivo utilizando las ondas cerebrales. Como interfaces sin manos y sin voz, las ICM tienen un gran potencial de uso en la robótica, prótesis biónicas y automóviles sin conductor.
Una ICM se compone de tres módulos: un estímulo sensorial externo, una interfaz de detección y una unidad que procesa las señales neurales. De los tres, la interfaz de detección es crucial porque detecta la actividad eléctrica generada por la capa externa del cerebro, la corteza cerebral, que es responsable de procesos de alto nivel, incluyendo la función motora.
Pero es la corteza visual, la parte de la corteza cerebral que recibe y procesa la información enviada desde los ojos, la que es fundamental para las ICM que dependen de estímulos visuales. La corteza visual se encuentra en la parte posterior del cerebro, en el lóbulo occipital.
Problemas en la detección de ondas cerebrales
Para registrar las ondas cerebrales se utilizan sensores implantables o portátiles, como los electrodos de electroencefalografía (EEG). El problema de utilizar electrodos EEG y otros biosensores no invasivos en la parte posterior de la cabeza es que es una zona típicamente cubierta de cabello.
Los sensores húmedos dependen del uso de gel conductor en el cuero cabelludo y el cabello, pero esto puede hacer que los sensores se muevan cuando la persona se mueve. Los sensores secos pueden ser una alternativa, pero también tienen desafíos; son menos conductivos que los sensores húmedos y, dada la forma redondeada de la cabeza, pueden tener dificultades para mantener un contacto adecuado.
La solución: sensores de grafeno
Investigadores de la Universidad de Tecnología de Sydney han abordado estos problemas desarrollando un biosensor seco que contiene grafeno. El grafeno es una capa de carbono de un átomo de espesor dispuesto en una red hexagonal que es mil veces más delgada que un cabello humano y 200 veces más fuerte que el acero.
El grafeno es un material óptimo para crear biosensores secos debido a su delgadez y alta conductividad eléctrica. Por otro lado, es resistente a la corrosión y a los efectos del sudor, lo que lo hace perfecto para su uso en la cabeza. Hemos hablado de las ventajas del grafeno en decenas de ocasiones en la categoría correspondiente.
El caso es que los investigadores encontraron que combinar el grafeno con el silicio produjo un sensor seco más resistente. La capa de grafeno en los sensores que desarrollaron tiene menos de un nanómetro de grosor.
Resultados y aplicaciones
Los investigadores experimentaron con diferentes patrones de sensores, incluyendo cuadrados, hexágonos, pilares y puntos, y encontraron que los sensores con patrón hexagonal tenían la impedancia más baja en la piel. Luego probaron su nuevo sensor con una ICM.
Los sensores con patrón hexagonal se colocan sobre el cuero cabelludo en la parte posterior de la cabeza para detectar las ondas cerebrales de la corteza visual, y el usuario usa una lente de realidad aumentada que muestra cuadrados blancos. Al concentrarse en un cuadrado en particular, se crean ondas cerebrales que son captadas por el biosensor. Un decodificador traduce la señal en un comando.
Los soldados del ejército australiano realizaron una prueba real del BMI con sensor de grafeno, utilizando un perro robótico de cuatro patas. El dispositivo permitió que el robot fuera controlado sin manos, con hasta un 94% de precisión.
«La tecnología sin manos y sin voz funciona fuera de los laboratorios, en cualquier momento y lugar», dijo Francesca Iacopi, autora correspondiente del estudio. «Hace que interfaces como consolas, teclados, pantallas táctiles y reconocimiento de gestos manuales sean redundantes».
Sin embargo, los investigadores no consideran que esta sea la versión final de su diseño. Se necesita más investigación y pruebas para encontrar un equilibrio entre el área total de grafeno disponible, la capacidad de acomodar la presencia de cabello y la capacidad de mantener el contacto del sensor con el cuero cabelludo.
Aplicaciones futuras
Este avance tecnológico puede ser de gran beneficio para personas con discapacidades al operar una silla de ruedas o prótesis, así como tener aplicaciones más amplias en los campos de la fabricación avanzada, la defensa y el espacio aéreo.
Es importante tener en cuenta que esta tecnología plantea cuestiones éticas, como la privacidad y la seguridad de los datos recopilados de las ondas cerebrales de los usuarios. Se necesita una regulación adecuada y un enfoque ético para garantizar que esta tecnología se utilice de manera responsable y no cause daño.
Sin duda tiene el potencial de mejorar la calidad de vida de las personas con discapacidades y tener aplicaciones más amplias en diversos campos, esperemos que no se use únicamente en el ámbito militar.
Más información en uts.edu.au