This is a piece of skin. Of artificial skin. And now, OK, I’m just going to paste it on this hand, and I'll greet you all.
Es un trozo de piel. De piel artificial. Y ahora, está bien, voy a pegarlo en esta mano y los saludaré a todos.
(Laughter)
(Risas)
I will show you how it works. So please have a look at what happens on the table, where there is one piece of this artificial skin, and also what happens on the screen of the laptop that you see in the video that is about to start.
Les mostraré cómo funciona. Así que, por favor, miren lo que ocurre en la mesa, donde hay una pieza de esta piel artificial, y también lo que ocurre en la pantalla del portátil que ven en el vídeo que está a punto de arrancar.
So this is me. I'm first breathing on the skin. And you see now that this line that first was flat now shows a bump. And now I'm touching it with my finger. And again, another bump. I am touching it one more time with the back of a feather. And now tinier bumps are coming. And again. Now even smaller bumps are coming.
Así que esta soy yo. Primero respiro sobre la piel. Y ahora ves que esta línea que antes era plana ahora muestra un bulto. Y ahora la toco con el dedo. Y otra vez, otro bulto. Lo tocaré una vez más con el dorso de una pluma. Y ahora aparecen bultos pequeños. Y otra vez. Ahora vienen bultos aún más pequeños.
But what is this line? This, what we are looking at, is electrical current, which first is constant. And then when we touch the skin or breathe on it or touch it with a very light feather, it shows a signal. So this bump that you see is a signal in the electrical current. And this is actually exactly how our skin also works. So we have receptors in the skin which sense what is happening on the skin. And then they produce an electrical signal which travels through the nerves and arrives at our brain where it is recognized.
Pero, ¿qué es esta línea? Esto, lo que estamos viendo, es la corriente eléctrica, que primero es constante. Y luego, cuando tocamos la piel o respiramos sobre ella o la tocamos con una pluma muy ligera, muestra una señal. Esta protuberancia que ven es una señal en la corriente eléctrica. Y así es exactamente cómo funciona nuestra piel. Así que tenemos receptores en la piel que detectan lo que sucede en la piel. Y luego producen una señal eléctrica que viaja a través de los nervios y llega al cerebro, donde es reconocida.
I am a chemist by education, and I worked in the field of material science, which is a very interdisciplinary field, since almost 20 years now. First, as a PhD student in Italy, in Bari, and then at MIT as a postdoc, and now I am group leader in Graz. And it is almost six years that we are working on artificial skins. Almost 12 students, between master and doctoral students, have worked on these devices, trying to study how the materials work, how they work together and how to build this device.
Soy química de formación y he trabajado en el campo de la ciencia de los materiales, que es un campo muy interdisciplinario, desde hace casi 20 años. Primero, como estudiante PhD en Italia, Bari y luego en el MIT como posdoctorado, y ahora soy líder de grupo en Graz. Y llevamos casi seis años trabajando en pieles artificiales. Casi 12 estudiantes, entre estudiantes de máster y de doctorado, han trabajado en estos dispositivos, intentando estudiar cómo funcionan los materiales, cómo funcionan juntos y cómo construir este dispositivo.
And after this, we have for the first time produced an artificial skin that can respond at the same time to three stimuli. Touch, so force, temperature and humidity. And it can do this also at an unprecedented resolution. So it's a very tiny device. You will see how it is done. And so this means that it can sense objects that are actually smaller than the objects that can be sensed with our skin. Our skin has a resolution of one millimeter square. This skin has a resolution of 0.25 millimeter square. So I promised I would give you some technical details. I know you are really looking forward to them.
Y después de esto, hemos producido por primera vez una piel artificial que puede responder al mismo tiempo a tres estímulos. El tacto es la fuerza, la temperatura y la humedad. Y lo puede hacer también con una resolución sin precedentes. Por lo tanto, es un dispositivo muy pequeño. Verás cómo se hace. Esto significa que puede detectar objetos son más pequeños que los objetos que se pueden sentir con nuestra piel. Nuestra piel tiene una resolución de un milímetro cuadrado. Esta máscara tiene una resolución de 0,25 milímetros cuadrados. Así que les prometí que les daría algunos detalles técnicos. Sé que tienes muchas ganas de verlas.
(Laughter)
(Risas)
The main component of this material, of this skin, is what is called the stimuli-responsive material. So what does it mean that it is stimuli-responsive? It means that at the beginning it is small. And when we have either humidity or light or pH or temperature changes, this material changes in its shape, and it becomes bigger. It can arrive to even doubling or tripling its thickness, its original thickness. And this is an amazing property, but it happens at a very, very microscopic scale because we produce these materials as thin films, so sometimes even one million times smaller than a millimeter.
El componente principal de este material, de esta piel, es lo que se llama material sensible a estímulos. Entonces, ¿qué significa que responde a estímulos? Significa que al principio es pequeño. Y cuando hay cambios de humedad, luz, pH o temperatura, este material cambia de forma y se hace más grande. Puede llegar incluso a duplicar o triplicar su grosor, su grosor original. Es una propiedad asombrosa, pero se produce a una escala muy, muy microscópica porque producimos estos materiales a veces incluso un millón de veces más pequeñas que un milímetro.
So the problem was, OK, how do we translate this very big change in thickness into something measurable? And we thought, OK, let's combine it with a piezoelectric material. Now maybe this word sounds a bit complex. Sounds like something you have never seen in your life, never heard before, but it's not really true. You have been in contact with this material many times. I am in contact with it right now. It's in microphones, for example. So it's the material that when there is a movement, produces electricity. And so in microphones there are membranes that when they move, produce electricity. It's also the material that is in these funny greeting cards that when you open, they make this music. The music is also made with the piezo material. So there is an electrical circuit into the card and when you open it, it moves a membrane and the membrane makes the music. And it's also the material that is included in the arm wristbands, those that measure the heartbeat.
Así que el problema estaba: OK, ¿cómo podemos traducir este cambio tan grande de grosor en algo medible? Y pensamos: está bien, combinémoslo con un material piezoeléctrico. Ahora, a lo mejor esta palabra suene un poco compleja. Suena como algo que nunca has visto en tu vida, nunca has escuchado antes, pero no es realmente cierto. Has estado en contacto con este material muchas veces. Estoy en contacto con él ahora mismo. Está en los micrófonos, por ejemplo. Así que es el material que, cuando hay movimiento, produce electricidad. Así pues, en los micrófonos hay membranas cuando se mueven, producen electricidad. También es el material que contienen estas graciosas tarjetas de saludos que cuando las abres, forman música. La música también está hecha con material piezoeléctrico. Así que hay un circuito eléctrico en la tarjeta y, cuando la abres, mueve una membrana y la membrana produce la música. Y también es el material que se incluye en las pulseras de los brazos, las que miden los latidos del corazón.
OK. So we combined these two materials in these cylinders that you see in the picture. So in the middle we have that material I showed you before, the stimuli-responsive material, the material that changes its thickness and gets bigger. And on the outer shell we have the piezoelectric material, the material that when the inside gets bigger, the outside produces the electricity. And this is how it is done. Easy-peasy.
OK. Así que combinamos estos dos materiales en estos cilindros que ves en la imagen. Así que en el centro tenemos el material que les mostré antes, el material que responde a estímulos, el material que cambia de grosor y se hace más grande. Y en la capa exterior tenemos el material piezoeléctrico, el material que cuando el interior se hace más grande, el exterior produce la electricidad. Y así es como se hace. Fácil de usar.
(Laughter)
(Risas)
Then these type of cylinders are very tiny, and we have several of them in this device so that we can sense with very high resolution the three different types of stimuli I was telling you before. And a bit more of technical details. I know they are exciting, right? So how do we do these cylinders? We do them using a template, the one that you see in the picture on the top. This is a template with a lot of wells, so a lot of holes. And then we refill the holes. First we fill them up with the piezoelectric material, which is represented in yellow in the bottom figure, and then we fill it up with the stimuli-responsive material that is the light blue in the bottom figure. But to do this we cannot use liquids, because as you know, liquids would fill the wells from the bottom up. And instead we want to cover also the lateral walls. And so we do this using vapor deposition. So the whole process of production of these things happens in vacuum chambers like the one that you can see in the picture.
Entonces, este tipo de cilindros son muy pequeños, y tenemos varios de ellos en este dispositivo para que podamos detectar con una resolución muy alta los tres tipos diferentes de estímulos que les estaba contando antes. Y un poco más de detalles técnicos. Sé que son interesantes, ¿verdad? Entonces, ¿cómo hacemos estos cilindros? Los hacemos usando una plantilla, la que ves en la imagen de arriba. Esta es una plantilla con muchos pozos, por lo que muchos agujeros. Y luego rellenamos los agujeros. Primero los llenamos con el material piezoeléctrico, que se representa en amarillo en la figura inferior, y luego lo llenamos con el material estimulo-respuesta que es el azul claro de la figura inferior. Pero para ello no podemos utilizar líquidos, porque como sabéis, los líquidos llenarían los pozos de abajo hacia arriba. Y en su lugar queremos cubrir también las paredes laterales. Y por eso lo hacemos mediante deposición de vapor. Así que todo el proceso de producción de estas cosas ocurre en cámaras de vacío como la que se ve en la imagen.
And you may be wondering, OK, why working on this topic? Why working on artificial skin? So from a material scientist point of view, the skin is really a complex ensemble of materials and functions. Skin is useful for protection, secretion, adsorption, heat regulation and sensing. And so being able to just reproduce artificially all these properties -- or actually, for the moment, only the sensation -- looked like a challenge. And so I was happy to embrace it.
Y tal vez te preguntes, OK, ¿por qué trabajar en este tema? ¿Por qué trabajar en piel artificial? Desde la visión del científico de materiales, la piel es en realidad un conjunto complejo de materiales y funciones. La piel es útil para la protección, la secreción, la adsorción, la regulación del calor y la detección. Por lo tanto, poder reproducir artificialmente todas estas propiedades o, por el momento, solo la sensación parecía todo un desafío. Y por eso me alegró aceptarlo.
OK, now I'm done with the technical details. Now I know you are all wondering, OK, you have done these artificial skins. But why?
Bien, ya terminé con los detalles técnicos. Ahora, sé que todos se preguntan OK, has hecho estas pieles artificiales. Pero, ¿por qué?
(Laughter)
(Risas)
I will show you some fields of application, ending with the one that I think could be the closest. So we have also seen how there are many victims of burns. These burns can be so huge that they even take away the receptors in the skin. And so people would then lose the sensation where there was this burn. Now imagine a future where actually victims of burns could, thanks to our technologies, regain the sensation.
Les mostraré algunos campos de aplicación, terminando con el que creo que podría ser el más cercano. Así que también hemos visto cómo hay muchas víctimas de quemaduras. Estas quemaduras pueden ser tan grandes que incluso pueden eliminar los receptores de la piel. De este modo, las personas perderían la sensación de dónde estaba la quemadura. Ahora imagine un futuro en el que las víctimas de quemaduras puedan, gracias a nuestras tecnologías, recuperar la sensación.
216 million users of smartwatches in 2022. Should I ask how many of you have a smartwatch now? Wearing a smartwatch? Yeah, so imagine you are, for example, running on a hot day, and your smartwatch could measure, for example, the level of hydration of your skin and warn you maybe if you are reaching the limit of the hydration.
216 millones de usuarios de relojes inteligentes en 2022. ¿Debo preguntar cuántos tienen un reloj inteligente ahora? ¿Llevas un reloj inteligente? Sí, imagina, por ejemplo, que estás corriendo en un día caluroso y tu reloj inteligente podría medir, por ejemplo, el nivel de hidratación de tu piel y avisarte si estás llegando al límite de hidratación.
Another interesting field of application would be robotics. Nowadays, humanoid robots are used in many fields, for example in medicine but also in household. And these robots are exposed to several stimuli, several interactions with the environment and with the humans, and sometimes they have too many inputs at the same time. And this is the reason number one for robot failure. So imagine a future where actually a robot could be a bit more sensitive, a bit smarter. This would lead also to a higher safety of this technology.
Otro campo de aplicación interesante sería la robótica. Hoy en día, los robots humanoides se utilizan en muchos campos, por ejemplo, en la medicina, pero también en el hogar. Y estos robots están expuestos a varios estímulos, a varias interacciones con el entorno y con los humanos y, a veces, reciben demasiados insumos al mismo tiempo. Y esta es la razón número uno del fracaso de los robots. Así que imaginen un futuro en el que, de hecho, un robot pueda ser más sensible, un poco más inteligente. Esto conduciría también a una mayor seguridad de esta tecnología.
And finally, unfortunately, a very highly cited paper projects the number of people in need of a prosthesis on the rise, from 1.6 million in 2005 to 3.6 million 2015. So a lot of people are born without limbs, and some people lose them during their life due to, for example, vascular diseases. This is so common that you may even know somebody who actually is in a need of prosthesis. Now imagine we could coat the prosthesis with this artificial skin and give this type of people the sensation back.
Y, por último, lamentablemente, un artículo muy citado prevé un aumento del número de personas que necesitan una prótesis, de 1,6 millones en 2005 a 3,6 millones en 2015. Entonces muchas personas nacen sin extremidades, y algunas personas las pierden a lo largo de su vida debido, por ejemplo, a enfermedades vasculares. Esto es tan común que puede que incluso conozcas a alguien que realmente necesite una prótesis. Ahora imagina que pudiéramos recubrir la prótesis con esta piel artificial y devolverle la sensación a este tipo de personas.
With almost a decade of working in this field, I'm hopeful that technologies like this could help in the future not only regain, but also maybe augment capabilities.
Con casi una década trabajando en este campo, espero que tecnologías como esta puedan ayudar en el futuro no solo a recuperar capacidades, sino también a aumentarlas.
Thank you.
Gracias.
(Applause)
(Aplausos)