La fotografía del sensor del equipo montada en un párpado humano muestra una interfaz conforme con el tejido del párpado cuando el ojo está abierto. Crédito: Jun Chen Lab/UCLA.
En las últimas décadas, los ingenieros electrónicos han desarrollado sensores cada vez más sofisticados que pueden medir de manera confiable una amplia gama de señales fisiológicas, que incluyen frecuencia cardíaca, presión arterial, velocidad de respiración y saturación de oxígeno. Estos sensores se utilizaron para crear dispositivos portátiles biomédicos y orientados al consumidor, la investigación avanzada y el monitoreo en tiempo real de las métricas relacionadas con la salud, como la calidad del sueño y el estrés fisiológico.
La fatiga, un estado mental marcado por una disminución en el rendimiento debido al estrés, la falta de sueño, la actividad excesiva u otros factores, ha demostrado ser más difícil de cuantificar de manera confiable. La mayoría de los métodos existentes para medir la fatiga dependen de las encuestas que solicitan a las personas que informen cuán cansados se sienten, un método para registrar la actividad eléctrica del cerebro conocida como electroencefalografía (EEG) o sistemas basados en cámara.
La mayoría de estos enfoques no son confiables o solo aplicables en entornos de laboratorio, ya que dependen de evaluaciones subjetivas, equipos voluminosos o entornos controlados. Estas limitaciones impiden su implementación a gran escala en entornos cotidianos.
Investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) desarrollaron recientemente un nuevo tipo de sensor suave que puede medir de manera confiable los niveles de fatiga de las personas en función de sus movimientos de globo ocular. El nuevo dispositivo, presentado En un artículo publicado en Nature Electronics, puede recoger con qué frecuencia parpadea un usuario, al seguir los cambios en las propiedades magnéticas de un material provocadas por el estrés mecánico.
“Nuestro estudio comenzó con una pregunta simple: ¿cómo podemos monitorear la fatiga en el mundo real?” Jing Xu, Ph.D. candidato en UCLA, dijo a Tech Xplore. “Hemos sabido durante mucho tiempo que la fatiga es más que sentirse cansada: es un colapso gradual en lo bien que puede funcionar su cuerpo o mente. Se arrastra en silencio, afectando la atención, el tiempo de reacción e incluso la seguridad física. Sin embargo, medir la fatiga fuera de un laboratorio y de manera portátil siempre ha sido un desafío”.
El objetivo principal del estudio de este equipo de investigación fue desarrollar un nuevo dispositivo de detección que pudiera usarse para medir de manera confiable la fatiga en tiempo real y fuera de los entornos de laboratorio. Al considerar los efectos fisiológicos de la fatiga, pronto se dieron cuenta de que podían predecir los niveles de fatiga de las personas en función de sus patrones parpadeantes.
“Hay algo sutil y revelador sobre cómo se comportan sus ojos cuando estás fatigado”, dijo Xu. “La velocidad de parpadeo cambia, la velocidad se ralentiza y los patrones comienzan a cambiar. Pero ¿podríamos capturar esos cambios de forma continua, cómoda y en condiciones del mundo real? Creemos que podríamos, y así construimos algo completamente nuevo”.
El sensor suave desarrollado por los investigadores puede usarse suavemente contra un párpado humano, adheriéndose a él como una piel secundaria. En particular, es altamente estirable, no depende de las baterías para la energía eléctrica y responde rápidamente cada vez que un usuario parpadea.
Para fabricar el sensor, el equipo modeló una bobina de oro conductor sobre un elastómero delgado y termoplástico. Este elastómero se colocó a su vez sobre una película magnetoelástica llena de pequeños imanes.
“Esta configuración convierte el movimiento del párpado en señales eléctricas de alta fidelidad, traduciendo esencialmente cada parpadeo en datos”, explicó Xu. “Lo que hace que esto sea especial no es solo la tecnología, sino su impacto potencial. Este es un sistema totalmente portátil y autopotente con transmisión inalámbrica a bordo, diseñada para uso diario, no solo en clínicas o laboratorios de investigación, sino en el mundo donde la fatiga importa: en la carretera, en las aulas o en trabajos de alto rendimiento”.
La fotografía del sensor del equipo montada en un párpado humano muestra una interfaz conforme con el tejido del párpado cuando el ojo está cerrado. Crédito: Jun Chen Lab/UCLA.
Independientemente de si son usables o implantables, los dispositivos bioelectrónicos deberían poder operar de manera confiable en entornos altamente húmedos, ya que inevitablemente se expondrán al sudor o los fluidos corporales internos. Sin embargo, la mayoría de los sensores existentes para monitorear las señales fisiológicas no son intrínsecamente impermeables.
“Mejorar su resistencia al agua generalmente requiere capas de encapsulación adicionales, que a menudo aumentan el grosor del dispositivo y degradan el rendimiento, como reducir la sensibilidad”, dijo el Dr. Jun Chen, profesor asociado en UCLA, quien lideró y supervisó el estudio.
“Cuando comencé mi investigación independiente en UCLA, me hice una pregunta fundamental: ¿es posible desarrollar dispositivos bioelectrónicos intrínsecamente impermeables? Para explorar esto, consideré varias modalidades de energía natural: electricidad, magnetismo, calor y luz”.
La operación del sensor desarrollado por los investigadores se basa en variaciones de campo magnético, las fuerzas invisibles que rodean los materiales magnéticos. Como estas fuerzas pueden penetrar en el agua y no se ven afectadas negativamente por la humedad, el Dr. Chen ha estado explorando durante mucho tiempo su potencial para crear dispositivos intrínsecamente impermeables.
“Históricamente, la magnetoelasticidad se ha observado solo en metales rígidos y aleaciones desde su descubrimiento en 1865, lo que requiere presiones mecánicas de hasta 10 MPa, condiciones incompatibles con productos electrónicos suaves y flexibles”, explicó el Dr. Chen. “Presumí que podría ser posible extender el efecto magnetoelástico a los sistemas de polímeros blandos”.
En 2021, el equipo de investigación del Dr. Chen en UCLA descubrió un efecto magnetoelástico gigante en compuestos de polímeros blandos por primera vez. Específicamente, descubrieron que cuando estos materiales estaban bajo presiones mecánicas, el flujo de campos magnéticos a través de ellos se alteró significativamente.
“Este estudio innovador demostró que la magnetoelasticidad podría realizarse en materiales blandos, con umbrales de presión reducidos a alrededor de 10 kPa, lectura a través de actividades biomecánicas naturales como latidos del corazón, respiración y movimiento ocular”, dijo el Dr. Chen.
“Nuestro equipo ahora está a la vanguardia de avanzar en este nuevo campo de bioelectrónica magnetoelástica suave, esforzarse por aplicarlo en una amplia gama de tecnologías biomédicas y de atención médica. La contribución más pionera de mi laboratorio en los últimos cinco años ha sido el descubrimiento del efecto magnetoelástico gigante en materiales blandos, que permite nuevas direcciones en aplicaciones bioelectrónicas”.
El efecto que los investigadores observaron en los compuestos de polímeros blandos, también conocido como efecto magnetoelástico, ya se había observado en otros materiales en el pasado. El efecto fue descubierto por el físico italiano Emilio Villari en 1865, pero hasta ahora ha informado principalmente en metales rígidos y aleaciones de metal con un campo magnético aplicado externamente.
“Después de unirme a UCLA, dirigí mi grupo de investigación en el descubrimiento del efecto magnetoelástico gigante en un sistema de polímero blando, más tarde en un imán fluídico permanente líquido”, dijo el Dr. Chen. “El efecto magnetoelástico gigante se combinó aún más con la inducción magnética para inventar un generador magnetoelástico suave (MEG) como una tecnología de plataforma fundamentalmente nueva para construir bioelectrónicas blandas de cuerpo humano”.
La bioelectrónica magnetoelástica inherentemente impermeable y suave introducida por el Dr. Chen y su equipo de investigación podrían usarse para crear una amplia gama de dispositivos de detección. Además de la medición de la fatiga, podrían permitir la predicción de otras métricas importantes relacionadas con la salud, así como los cambios ambientales.
“Este avance abrió vías alternativas para la energía práctica centrada en el cuerpo humano, la detección y las aplicaciones terapéuticas”, dijo el Dr. Chen.
“With the continued effort of my UCLA group, the discovery of giant magnetoelastic effect in soft systems has been extensively introduced to various research areas as a fundamentally new working mechanism, including injectable and retrievable liquid bioelectronics, liquid acoustic sensing, pulse wave monitoring, speaking without vocal fold, haptic sensing, implantable cardiovascular monitoring, respiration monitoring, muscle physiotherapy, human-machine interfaz, termorregulación personal, incluso viento, ondas de agua y recolección de energía biomecánica “.
El nuevo sensor para la medición de la fatiga desarrollada por este equipo de investigadores pronto podría mejorarse aún más y liberarse en el mercado. Mientras tanto, los investigadores están trabajando en otros dispositivos bioelectrónicos que aprovechan los efectos magnetoelásticos gigantes descubiertos en sus trabajos anteriores.
“En una visión más amplia, el efecto magnetoelástico gigante en los sistemas blandos representa un descubrimiento científico transformador, pero su potencial teórico y experimental completo queda por desbloquear”, agregó el Dr. Chen.
“Nuestro grupo está profundamente comprometido con ser pionero en una comprensión integral de este fenómeno y aprovecharlo como una plataforma fundamental para una nueva clase de tecnologías inteligentes y receptivas. Al explorar su integración a través de un amplio espectro, desde la bioelectrónica de la bioelectrónica hasta que la robótica suave se atraviese a la catalización de los avances que redefine la interfaz entre los materiales y la vida de la vida, la vida de la vida, la vida de la vida, la vida de la vida y la vida, la vida, la ventaja de la vida y el futuro, la ventaja de la vida y la vida, que es finalmente de la vida de la vida y la vida de la vida, la vida, la vida, el final de la vida. productividad “.
Escrito para usted por nuestro autor Ingrid Fadellieditado por Gaby Clarky verificado y revisado por Robert Egan—Este artículo es el resultado de un trabajo humano cuidadoso. Confiamos en lectores como usted para mantener vivo el periodismo científico independiente. Si este informe le importa, considere un donación (especialmente mensual). Obtendrá una cuenta sin anuncios como agradecimiento.
Más información: Jing Xu et al, un sensor magnetoelástico suave para decodificar los niveles de fatiga, la electrónica de la naturaleza (2025). Dos: 10.1038/s41928-025-01418-x.
© 2025 Science X Network
Cita: el sensor magnetoelástico suave mide la fatiga de los movimientos de globo ocular en tiempo real (2025, 12 de septiembre) Recuperado el 12 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-soft-magnetoelastic-sensor-fatigue y eyeball.html
Este documento está sujeto a derechos de autor. Además de cualquier trato justo con el propósito de estudio o investigación privada, no se puede reproducir ninguna parte sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona solo para fines de información.
