Un grupo de investigadores han desarrollado y patentado una novedosa mascarilla inteligente que, gracias a su innovador diseño, permite monitorizar hasta a 20 kilómetros de distancia una serie de parámetros vitales. Esta mascarilla es el resultado del proyecto “Materials y Models Against Pandemics (MAMAP-CM)”, financiado por la Comunidad de Madrid y de una colaboración entre IMDEA Materiales, la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y la Universidad Rey Juan Carlos (URJC).
Las diferentes mascarillas inteligentes actuales son capaces de realizar diversas funciones, como monitorizar la respiración, el pulso y la saturación de oxígeno en sangre, entre otras. Sin embargo, suelen tener un elevado coste económico en comparación con las mascarillas normales. Además, suelen necesitar ser más rígidas y poco cómodas para poder integrar los sensores que posibilitan la monitorización de los parámetros vitales.
A través de la referida colaboración se ha conseguido diseñar un sensor que puede fijarse y retirarse de una mascarilla ya existente, o fabricarse directamente en una nueva mascarilla como una sola pieza. Una de las principales novedades a destacar es que, de forma alternativa, puede incorporarse un sensor triboeléctrico de energía (TENG). Estos sensores destacan por su capacidad de generar una alta potencia eléctrica sin necesidad de ninguna fuente de alimentación. Funciona por sí mismo generando energía a través de la fricción entre sus dos capas, una con carga positiva y otra con carga negativa.
Además del sensor TENG, el diseño de la nueva mascarilla inteligente también incluye la incorporación de un pequeño chip que puede transmitir la señal del sensor en tiempo real y de forma inalámbrica a una distancia de hasta 20 kilómetros en zonas interurbanas y a dos kilómetros en zonas urbanas. Para conocer más a fondo este diseño hemos entrevistado al doctor José Sánchez del Río Sáez, científico visitante de IMDEA Materiales e investigador de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial (ETSIDI) de la UPM.
¿Cómo surge la idea de esta mascarilla inteligente?
Vimos la gran necesidad, a raíz de la pandemia, de monitorizar la respiración de los ciudadanos cuando se encontraban enfermos, cuando hacían deporte en ambientes de mucha contaminación, cuando querían protegerse de los virus ambientales antes situaciones pandémicas, etc., y se veían necesitados de utilizar mascarilla. Especialmente, con personas mayores que se quedaban solas en casa y necesitaban oxígeno para poder respirar bien. De la misma forma, si en sus casas estas personas convivían con personas no afectadas por el virus, se verían con la obligación de usarla.
De aquí lo extrapolamos a otros casos, como personal sanitario atendiendo a pacientes infectados, o bomberos apagando un fuego, operarios en una central térmica, personal de rescate en alta montaña, etc. que tienen la necesidad de una monitorización a tiempo real de sus constantes vitales cuando trabajan en situaciones peligrosas.
"Conseguimos encontrar una forma de acoplar un pequeño sensor a la mascarilla de tal forma que viniera ya integrado en la misma o que el mismo usuario pudiera fijarlo en función de la necesidad requerida"
Por ello, aunque ya había mascarillas inteligentes en el mercado, no eran como esta. Conseguimos encontrar una forma de acoplar un pequeño sensor a la mascarilla de tal forma que viniera ya integrado en la misma o que el mismo usuario pudiera fijarlo en función de la necesidad requerida (ya fuera FPP2, FPP3, quirúrgica, etc.,). Así el impacto en la sociedad sería enorme.
Por ello recurrimos a dos métodos: uno, el uso de un material polimérico, con una pila, y con un chip inalámbrico que se fijaría a la mascarilla con un adhesivo. Otro, con un nanogenerador de energía triboeléctrica (TENG) formado por dos capas de electronegatividad muy diferente que al entrar en contacto generarían un voltaje sin necesidad de una batería para funcionar y que sólo iría conectado a este chip inalámbrico.
¿Qué características y ventajas ofrece esta mascarilla respecto a las ya existentes en el mercado?
Los sensores descubiertos basados en materiales novedosos (poliméricos y TENGs) pueden incorporarse a cualquier mascarilla y por tanto, hacer que estas volverse inteligentes. Su mecanismo de funcionamiento es único y en el caso del material polimérico, funciona cambiando su resistencia eléctrica al deformarse, mientras que la del TENG funciona generando energía eléctrica por fricción entre capas, sin necesidad de usar pilas para que el sensor funcione.
Además, la señal del ritmo de respiración será enviada remotamente hasta a distancias de 20 km en áreas interurbanas a un receptor, pudiéndose ver estas señales en cualquier dispositivo con internet. Además, en el caso del TENG, la mascarilla puede ser el propio sensor del que salgan unos electrodos al emisor inalámbrico. El mismo chip puede enviar señales de aviso en el caso de que no haya respiración o sea anómala, al mismo reloj, a un móvil o a una plataforma web.
"Las mascarillas inteligentes podrán ser utilizadas por operadores de instalaciones peligrosas como en centrales térmicas, nucleares, fábricas de alas de avión, etc., en donde los operarios han de llevar mascarillas para no respirar aire contaminado"
También a nivel local, la advertencia de peligro sobre la respiración anómala llegaría al mismo usuario que lleva la mascarilla. Además, en caso de condiciones adversas extremas (un fuego, una inundación, situaciones de alta temperatura, etc.) la mascarilla inteligente hecha con el TENG funcionaría igual, mandando señales del ritmo de respiración y de aviso del peligro correspondiente para el paciente.
Las mascarillas han desempeñado un papel fundamental en el control de la Covid-19. Más allá de esta función como intervención de salud no farmacológica, ¿qué otras aplicaciones clínicas y/o sanitarias tiene esta mascarilla inteligente?
Hay varias. Una es su utilización en personas mayores que necesiten usarla, ya sea por una situación epidemiológica complicada o porque la tengan que llevar por su estado de salud, como una mascarilla de oxígeno.
Otra es para el caso de ciudadanos que quieran salir a la calle en un ambiente con mucha contaminación, de tal forma que necesiten usar mascarilla. Y otra es para los médicos o pacientes en hospitales que se encuentren enfermos y necesiten ser monitorizados.
De esta forma podrán andar por los pasillos o desplazarse a otros lugares del hospital diferentes de su habitación, siendo su ritmo de respiración monitorizado en un ordenador central que recoge todas las señales de cada paciente, el cual podría tener integrado un geolocalizador, o simplemente, con la señal “etiquetada” saliente del chip inalámbrico, el usuario quedaría localizado y su señal de respiración correctamente identificada con el paciente en cuestión.
Por otro lado, este invento tiene también demanda en campos diferentes al sanitario: las mascarillas inteligentes podrán ser utilizadas por operadores de instalaciones peligrosas como en centrales térmicas, nucleares, fábricas de alas de avión, etc., en donde los operarios han de llevar mascarillas para no respirar aire contaminado.
En situaciones adversas, su respiración será monitorizada y por tanto sus familiares, departamentos de riesgos laborales y centros médicos, podrán conocer su estado vital y saber si están bien o mal de salud cuando están en una situación de peligro.
¿Estáis en contacto ya con centros hospitalarios para su implementación?
Sí, estamos en contacto con el hospital San Francisco de Vitoria el cual utilizará estas mascarillas con sus pacientes.
También contactaremos con otros públicos como La Paz, El Gregorio Marañón y El Ramón y Cajal.