Flexible, biocompatible y casi invisible: así es la revolución de los sensores de grafeno que lidera Luigi Occhipinti

Luigi Occhipinti habla suave, calmado, con el poso de quien cuenta en su haber con nada menos que 150 publicaciones científicas y 90 patentes en el campo de los nuevos materiales. Como aquel que lleva 25 años dedicado en cuerpo y alma a la investigación de formas revolucionarias de hacer electrónica y de acercarla a los problemas más inmediatos de la sociedad. Como quien lidera toda la investigación en electrónica inteligente, biosistemas e inteligencia artificial en una institución como es la Universidad de Cambridge.

Antes de aterrizar en este centro británico en 2015, su carrera estuvo ligada a la industria de semiconductores, donde su misión era anticipar el futuro de la microelectrónica. "Siempre formé parte de departamentos de I+D, ya fuera en la investigación corporativa o en centros de innovación. Mi enfoque era realmente mirar qué sería lo siguiente", recuerda en entrevista con DISRUPTORES - EL ESPAÑOL.

En aquellos años, el silicio dominaba todas las quinielas; era y sigue siendo el material por defecto para desarrollar desde chips hasta cualquier otro elemento electrónico de alto valor. Pero la curiosidad de Occhipinti lo llevó a explorar otras alternativas con propiedades más flexibles y versátiles: "En la industria de semiconductores, los materiales principales eran pocos, silicio y algunos otros metales. Me pregunté qué pasaría si estudiábamos otros, como polímeros o materiales bidimensionales. En ese momento, el grafeno apenas estaba emergiendo".

El ingeniero español que quiere darle un giro de 180 grados a las pantallas gracias a las membranas de grafeno

Ese interés por ampliar los límites de la electrónica lo acercó cada vez más al ámbito académico, convirtiéndose en un puente entre la investigación y la industria. Finalmente, daría el salto a este segundo mundo, donde ha centrado sus esfuerzos en sensores de nueva generación -con materiales como el grafeno o el fosforeno- capaces de extraer información biométrica en tiempo real.

Y es que, si bien su investigación tiene aplicaciones en múltiples áreas, una de las más inmediatas es la monitorización de la salud mental y el bienestar. "Hay muchas necesidades y desafíos para mejorar la salud mental a nivel global, y la tecnología puede desempeñar un papel clave", afirma, elevando ligeramente la voz a modo de orgullo.

De nuestra piel a recuperar el habla

Frente a los sensores tradicionales de silicio, estos nuevos materiales son extraordinariamente más flexibles y adaptables. "Cuando hablamos de sensores wearables, uno de los desafíos es que puedan integrarse de forma natural en la piel. Los materiales bidimensionales permiten diseñar dispositivos que pueden doblarse y estirarse sin perder funcionalidades", explica en la Fundación Ramón Areces, donde acontece este encuentro y donde posteriormente impartiría una conferencia.

Esa flexibilidad es esencial para aplicaciones médicas: "El problema de los sensores basados en silicio es que, aunque pueden miniaturizarse, siguen siendo rígidos y no se adaptan bien a la piel. En cambio, los materiales bidimensionales pueden integrarse en sustratos flexibles y estirables, características ideales para sensores que monitorizan la salud en tiempo real". Y añade: "Hemos logrado mejorar la sensibilidad y selectividad de los sensores, lo que nos permite detectar con mayor precisión ciertos biomarcadores, desde señales mecánicas hasta compuestos químicos presentes en fluidos corporales".

El investigador de la Universidad de Cambridge, Luigi Occhipinti. Imagen: F. Ramón Areces.

Sin embargo, uno de los retos más importantes sigue siendo la durabilidad y fiabilidad de estos sensores en entornos reales. “Siempre realizamos pruebas de estabilidad y envejecimiento acelerado para entender cómo se degradan los materiales con el tiempo. Es fundamental conocer sus límites para poder mejorarlos”, reconoce el investigador.

Eso en lo que atañe a nuestra piel, pero Luigi Occhipinti también ha encontrado aplicaciones prácticas de sus nuevos materiales en otros campos ligados a la biomedicina. En concreto, en el desarrollo de sensores textiles capaces de monitorizar el sueño y asistir en procesos de rehabilitación.

"Queríamos crear un dispositivo cómodo de llevar, que pudiera proporcionar datos precisos sin interferir con el descanso", indica. Para ello, su equipo combinó materiales avanzados con técnicas de calibración mediante IA, permitiendo que el sistema aprendiera a distinguir entre señales relevantes y ruido: "El mayor desafío fue lograr que los sensores pudieran filtrar automáticamente el movimiento y los artefactos fisiológicos para extraer información confiable sobre los ciclos de sueño", reconoce.

Además del sueño, estos sensores también tienen aplicaciones en la rehabilitación. Occhipinti menciona casos inmediatos como la ayuda a personas con movilidad reducida mediante exoesqueletos y sistemas de asistencia robótica: "Estamos trabajando en sensores que pueden detectar la actividad muscular y enviar señales a dispositivos externos, como exoesqueletos o sistemas de asistencia para mejorar la movilidad en personas con problemas neuromusculares".

Pero hay más casos de uso de las tecnologías de vanguardia de este investigador, y que distan mucho de la mera recopilación de información, si eso nos pareciera ya poco. Sin ir más lejos, a la hora de permitir que las personas con problemas de comunicación puedan hacerlo de forma más sencilla.

Luigi Occhipinti ha desarrollado sensores que pueden colocarse en la garganta para analizar los movimientos musculares y reconstruir el habla de personas con dificultades para comunicarse: "Hemos trabajado en dispositivos que pueden capturar el movimiento de los músculos del cuello y convertir esas señales en palabras, ayudando a personas con afecciones como disartria tras un ictus o con pérdida de la laringe".

Esta tecnología no solo es una alternativa a los dispositivos tradicionales de comunicación asistida, sino que también puede integrarse con inteligencia artificial para mejorar su precisión. "Utilizamos técnicas de aprendizaje automático para mejorar la interpretación de las señales y hacer que la comunicación sea lo más fluida posible", detalla.

De nuestra ropa a los contaminantes ambientales

Todos los proyectos anteriores buscan llevar esta electrónica, hecha a base de materiales bidimensionales, a nuestro cuerpo, a la monitorización o la acción sobre nuestro ente físico personal. Sin embargo, también pueden tener cabida en soluciones que miren hacia fuera de nosotros, con el fin de tejer una red de información personal del entorno que nos rodea.

Filosofía aparte, Occhipinti está trabajando en sensores capaces de detectar contaminantes en el aire y proporcionar información en tiempo real sobre la calidad del aire. Podrían argumentar que eso ya lo conseguimos mediante las estaciones de control de la polución en las grandes ciudades, pero aquí de lo que estamos hablando es de conocer la exposición individual y actualizada a agentes potencialmente nocivos.

El investigador de la Universidad de Cambridge, Luigi Occhipinti. Imagen: F. Ramón Areces.

"Se trata de proporcionar datos personalizados que ayuden a mejorar la calidad de vida de las personas", explica el experto. "Si sabes que hay una concentración alta de partículas en el aire en una zona específica, puedes tomar decisiones informadas, como evitar ciertas rutas o ventilar tu hogar en momentos específicos".

El reto de escalar estos materiales

A pesar de los avances en el laboratorio, la fabricación a gran escala de estos dispositivos sigue siendo un reto mayúsculo. "No pretendemos reemplazar la electrónica convencional, sino expandir sus funcionalidades. Pero para lograrlo necesitamos una infraestructura industrial que nos permita producir estos sensores en masa", admite Luigi Occhipinti.

En este sentido, destaca la importancia de los programas de inversión y apoyo a esta particular industria en Europa: "Gracias a algunas iniciativas de la Comisión Europea, en los últimos diez años hemos visto una evolución en la producción de dispositivos basados en grafeno, con más empresas y startups entrando en el mercado. Pero necesitamos más inversiones en fábricas piloto y en líneas de producción que permitan llevar estas tecnologías del laboratorio al usuario final".

En cualquier caso, Occhipinti no alberga duda alguna: el futuro de la electrónica pasa por la convergencia entre biosensores, inteligencia artificial y materiales inteligentes. "Estamos avanzando hacia un mundo donde la electrónica será cada vez más invisible e integrada en nuestro entorno, desde la ropa que vestimos hasta los dispositivos que usamos para monitorizar nuestra salud", sentencia.

Y en ese camino, su mayor ambición en los próximos años pasa por desarrollar tecnologías que realmente impacten en la salud global: "Envejecer con autonomía, reducir el impacto de enfermedades crónicas, mejorar la accesibilidad a diagnósticos... Estos son desafíos que requieren enfoques multidisciplinarios y mucha inversión en investigación", responde, de nuevo, con la sencillez y la severidad de quien ha protagonizado avances mayúsculos para enfrentar todos esos retos.