13/04/2024
El desarrollo de sensores portátiles para medidas descentralizadas portátiles es una tendencia creciente en la sociedad. La posibilidad de obtener datos sin la participación de personal especializado, genera empoderamiento en la sociedad en diversos campos de aplicación como puede ser la medicina o el deporte. Dentro de esta tendencia, la tecnología está evolucionando hacia medidas de tipo wearable, sensores integrados en la vida cotidiana del usuario que requieren de una interacción mínima para la toma de muestras y medida. Esta tecnología dotará a los ciudadanos o al personal especializado de la capacidad de autogestión rápida de patologías o procesos en diferentes ámbitos de aplicación. Esto se alinea con la reivindicación europea “Empower people with a new generation of technologies” que aboga por mejorar la calidad de vida de todas las personas, pero que además lleva asociado un gran impacto económico gracias a la prevención y/o control de patologías y otros procesos fisiológicos a tiempo real y descentralizado.
En el caso del deporte, existen numerosas soluciones que ya se han instaurado en la sociedad. Un ejemplo reconocible del creciente aumento de este tipo de tecnología de monitorización personal en la sociedad son los relojes inteligentes para monitorización de parámetros físicos. Este tipo de sensores se centra en el seguimiento de parámetros como el ritmo cardiaco o la presión de oxígeno, parámetros clave para mejorar el rendimiento deportivo. Este tipo de sensores se centra en mediciones de tipo físico, como el ritmo cardiaco. No obstante, el acceso a información de tipo bioquímico (como por ejemplo contenido en glucosa o lactato) puede aportar un valor añadido en el seguimiento de procesos fisiológicos. En el caso de la monitorización deportiva, el sudor se posiciona como un fluido clave en la monitorización deportiva debido a su composición y carácter no invasivo en cuanto al acceso a la muestra. Concretamente en lo que se refiere a la monitorización deportiva, el sudor es un fluido de alto interés dado su carácter no invasivo y alto contenido en moléculas marcadoras de procesos fisiológicos tales como los iones, carbohidratos o el lactato.
El sudor, tiene un alto interés como fuente de información del usuario, pero además supone un potencial fuel para la generación de energía in situ. Gracias a la tecnología desarrollada en ITE con el proyecto ENERGYM cell, no solo es posible obtener información del sudor, sino también generar energía a partir de las moléculas que contiene, empleando el sudor como nueva fuente de energía para alimentar dispositivos de bajo consumo, como son los dispositivos de medida tipo wearable.
Retos para la generación de energía in situ
Entre todas las biopilas, las biopilas para sudor basadas en lactato han demostrado ser muy prometedoras para aplicarse en la alimentación de sensores. En esta tecnología, el mayor reto es conseguir una estabilidad operacional, tanto mecánica como bioquímica y, adicionalmente, prestaciones comparables a las tecnologías existentes en términos de potencia y resistencia mecánica. No obstante, en aplicaciones como la monitorización deportiva, la estabilidad operacional puede reducirse en el tiempo a la escala horas/días dada la aplicación, y se priorizan aspectos como la biocompatibilidad y la estabilidad mecánica. ITE, aporta en este proyecto su experiencia en el desarrollo de materiales para obtener electrodos, electroquímica y biotecnología, para la creación de electrodos que sean capaces de generar energía empleando sudor [1].
Integración en prototipo
No obstante, para que estas biopilas sean realmente wearable, es necesario reducir su tamaño, mejorar su biocompatibilidad y trabajar en su integración en dispositivos de uso cotidiano por parte de usuarios no especializados.
Por todo ello, el proyecto ENERGYM cell tiene como objetivo principal desarrollar electrodos para incorporarse tecnología tipo wearable, concretamente electrodos sobre soportes flexibles acoplados a textil para recolectar energía del sudor. Así, pretende solventar los problemas de estabilidad, miniaturización, acceso a la muestra y eficiencia de este tipo de dispositivos mediante la creación de una biopila para sudor integrada en prendas deportivas. Para ello se trabajará, por un lado, en la generación de electrodos sobre soportes textiles, así como en la miniaturización de los mismos. Por otro lado, se evaluarán estrategias electrónicas de bajo consumo, para la alimentación de sistemas de monitorización personal dentro de la tendencia de sostenibilidad empleando nuevas fuentes de energía limpia alternativas.
Como se ha comentado, este tipo de tecnología se alinea con la nueva tendencia en dispositivos de monitorización personal tipo wearable y plantea la necesidad de la búsqueda de nuevas fuentes de energía e información alternativas basadas en parámetros bioquímicos.
Esto conlleva un trabajo de I+D continuo para el aumento del nivel de madurez de la tecnología (TRL, Technology Readyness Level) para acercar la tecnología a mercado, puesto que esta solución tiene actualmente un grado de madurez moderado. Es por ello que son necesarios esfuerzos en investigación y desarrollo para determinar los materiales más adecuados, las mejores estrategias y configuraciones para el desarrollo de prototipos, así como los métodos de evaluación y testeo más adecuados para establecer el funcionamiento de los sistemas desarrollados generando suficiente potencia.
Para afrontar este reto y crear productos completamente funcionales a medio plazo, el proyecto cuenta con la participación de diferentes empresas relacionadas con esta tecnología.
En primer lugar se cuenta con la experiencia de la empresa LURBEL, donde apuestan por el desarrollo de prendas con propiedades avanzadas para alto rendimiento deportivo, ofreciendo así al deportista las máximas prestaciones técnicas. Además, están alineados con iniciativas y procedimientos respetuosos con el medio ambiente donde la tecnología desarrollada en ITE ofrece un valor añadido.
Dando un paso más de cara al prototipado, es necesario mejorar estrategias electrónicas de bajo consumo para la alimentación de dispositivos de la monitorización personal. En este sentido, se cuenta con la empresa BIOBEE, centrada en el desarrollo de semiconductores para sistemas de monitorización de bajo consumo gracias a su circuito integrado específico de aplicación (ASIC) analógico patentado. Adicionalmente, la empresa MYSPHERA, aporta su experiencia en consultoría informática para guiar los desarrollos del proyecto en el contexto de la automatización y transmisión inalámbrica de datos, especialmente en el contexto de sistemas de bajo consumo.
Así, la integración de este tipo de electrodos en prototipos cada vez más complejos contribuye a dar un paso más para mejorar la monitorización personal, respondiendo a la necesidad detectada en la sociedad de desarrollar nuevos dispositivos de monitorización y nuevas fuentes de energía capaces de alimentar los dispositivos electrónicos de nueva generación, especialmente en lo que se refiere a monitorización deportiva wearable.
Es por ello que la empresa GNESIS EMS, interviene para aportar su experiencia en las necesidad del sector deportivo en cuanto a monitorización. La empresa se dedica a la fabricación, distribución, representación, comercialización de prendas de vestir, artículos y máquinas deportivas, equipos y productos de electroestimulación. De forma concreta la empresa ha desarrollado una EMS (electroestimulación) en forma de prenda de vestir, convirtiendo a la empresa en pionera y de mayor crecimiento en el sector de la gestión y la consultoría deportiva, y por lo tanto, un socio clave para el aumento del TRL de la tecnología.
El proyecto parte de un material con propiedades de biocompatibilidad, flexibilidad y conductividad que además puede ser adaptado a una gran cantidad de formas y tamaños en diferentes sustratos flexibles o rígidos. Este material ha despertado interés no solo en el ámbito deportivo, sino también en el ámbito sanitario con diferentes iniciativas para evaluar el potencial de esta tecnología para monitorización.
El proyecto ENERGYM cell está financiado por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE) (IMAMCA/2023/09). El proyecto agradece a las empresas LURBEL, MYSPHERA, BIOBEE y GNESIS, su participación.