Engenheiros construíram sensores altamente sensíveis que podem dar a sensação táctil à próteses externas.

Os sensores flexíveis são capazes de detectar o toque e, como a pele, produz impulsos elétricos que respondem ao aumento de pressão e são reconhecidos pelo sistema nervoso central.

Eles também usaram esses impulsos para ativar neurônios em amostras de cérebros de ratos. Os cientistas pretendem agora utilizar a “pele” artificial no revestimento de próteses de modo a proporcionar aos usuários uma sensação táctil.

Os pesquisadores afirmam que o sistema permite uma reprodução mais fiel do tato do que outros modelos de pele artificial, oferecendo uma opção promissora de desenvolvimento para próteses responsivas.

O trabalho foi publicado na revista científica Science.

A principal vantagem, segundo a autora Zhenan Bao, é que o sensor flexível produz um padrão de impulsos que é reconhecido pelo sistema nervoso.

Tecnologia vestível

— Com materiais plásticos, nós e outros pesquisadores nessa área já tínhamos conseguido produzir sensores sensíveis ao toque – mas o sinal elétrico que saía desses sensores não tinha o formato certo para ser interpretado pelo cérebro.

Isso significa que outros modelos, embora tenham produzido resultados importantes em testes com pacientes, demandavam um processador ou um computador para “traduzir” a informação do toque.

— Nosso sensor agora é acoplado a um circuito eletrônico impresso. Esse circuito permite que o sensor gere impulsos elétricos que conseguem se comunicar com o cérebro. Consideramos isso o primeiro passo para o uso de materiais plásticos em pele artificial para membros artificiais.

No curto prazo, acrescentou a professora, os sensores podem ser úteis em equipamentos de tecnologia vestível.

— Os sensores são muito finos e flexíveis, e também são elásticos. Então você poderia montar um sensor em sua pele e usá-lo para detectar sinais vitais como os batimentos cardíacos e pressão arterial.

O coração do projeto é uma camada de polímero elástico, flexível, atada com nanotubos de carbono e moldada em forma de pequenas pirâmides. Quando o sensor é pressionado, essa camada de semi-condutor oferece uma leitura da pressão.

— Quando a pressão é aplicada, as pirâmides se deformam. A parte superior torna-se mais plana, e isso muda a quantidade de corrente que pode fluir através destas pirâmides.

Abaixo dessa camada há o circuito eletrônico impresso, chamado oscilador, que transforma a corrente variável em uma série de impulsos. Com mais pressão e mais corrente, a taxa dos impulsos sobe.

Flashes rápidos

Para mostrar que esse sinal poderia se comunicar com o sistema nervoso de forma efetiva, Bao e seus colegas o transmitiram a um LED azul e refletiram a luz sobre um pedaço do cérebro de um rato.

Nessa amostra cerebral, um subconjunto de células cerebrais havia sido modificado para responder a esse estímulo, por meio de um canal sensível à luz que encheu a célula de carga elétrica após ser atingido por fótons azuis.

E depois, quando os cientistas mediram os impulsos de células dentro desse pedaço de cérebro, encontraram uma leitura fiel dos impulsos produzidos pelo sensor de toque.

Essa técnica baseada na luz é conhecida como optogenética, e é usada por neurocientistas para vários tipos de experimentos, inclusive a manipulação de lembranças pela ativação de conjuntos específicos de neurônios.

A equipe de Bao escolheu essa técnica porque fornecer eletricidade a células de forma direta é um processo problemático.

— Eletrodos são feitos de material duro e tendem a danificar os neurônios, mas usando essa técnica não temos que contatar os neurônios de forma direta.

No futuro, a tecnologia de células-tronco poderia gerar uma interface ótica para equipamentos como esses novos sensores. E também os meios de fornecer impulsos elétricos diretamente às células podem ser aperfeiçoados.

— Há muitos avanços hoje em eletrodos macios, para melhores interfaces biológicas. Esse pode ser um outro caminho.

A cientista de materiais do MIT (Massachusetts Institute of Technology) Polina Anikeeva disse à BBC que a experiência do time de Bao em Stanford foi empolgante.

— Várias companhias e testes clínicos estão explorando a optogenética como uma alternativa aos estímulos elétricos. À medida que a eficácia e a segurança desse método ficar mais clara, será possível prever mais usos do estímulo neuronal optogenético em próteses, mas isso levará tempo e esforço.