Un sensor wearable de muñeca monitoriza la respiración con precisión clínica y sin molestias

Un equipo chino desarrolla un sistema portátil que permite registrar los patrones respiratorios sin cables, sin máscaras y sin incomodidad. Una innovación prometedora para el seguimiento de enfermedades crónicas, la teleasistencia y la medicina personalizada.

Por Enrique Coperías

Imagen conceptual de un usuario portando en la muñeca un sensor flexible de presión que monitoriza su respiración en tiempo real. El dispositivo, desarrollado por investigadores chinos, traduce las variaciones del pulso en patrones respiratorios mediante inteligencia artificial, permitiendo un seguimiento preciso y no invasivo de enfermedades como la EPOC o la apnea del sueño. Imagen generada con DALL-E

Por primera vez, un equipo de científicos de la Universidad del Norte de China y la Universidad de Xiamen, en China, ha logrado diseñar un sistema portátil, ligero y cómodo que es capaz de medir de forma continua la respiración con precisión clínica.

Inspirado en la estructura de un dedo humano, el dispositivo se coloca en la muñeca y recoge variaciones en el pulso arterial causadas por la respiración. La información es procesada por una red neuronal profunda, lo que permite detectar distintos patrones respiratorios sin necesidad de colocar sensores en el pecho, la nariz o la boca.

Las enfermedades respiratorias crónicas, como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), el asma, la fibrosis pulmonar y la apnea del sueño, afectan a cientos de millones de personas en todo el mundo. Su control implica una vigilancia constante del patrón respiratorio, algo que, hasta ahora, ha resultado incómodo y poco práctico para el día a día.

Los pulmones, en la muñeca

Los sensores tradicionales, desde bandas pectorales hasta cánulas nasales, son intrusivos y mal tolerados para un uso prolongado. Frente a este panorama, el equipo de investigadores chinos se marcó el objetivo de diseñadr un sistema portátil tan pequeño como eficaz, capaz de rastrear con precisión la respiración simplemente midiendo el pulso en la muñeca.

El estudio, publicado en la revista Microsystems & Nanoengineering, detalla la fabricación y validación de un sensor de presión flexible, de apenas 300 micras de grosor, que se adhiere cómodamente a la piel y que, en combinación con un algoritmo de inteligencia artificial (IA), logra identificar con una precisión del 99,5% distintos estados respiratorios: respiración lenta, normal, rápida y simulada.

«Nuestra misión era cerrar la brecha entre la precisión médica y la comodidad de uso —explica el doctor Libo Gao, investigador principal del proyecto. Y añade—: Hemos demostrado que se puede monitorizar la respiración con precisión clínica sin necesidad de colocar nada en el pecho o la cara. Esto puede cambiar por completo cómo se realiza el seguimiento de pacientes crónicos o en telemedicina».

¿Qué es este sensor y cómo funciona?

El avance técnico central del dispositivo está en el sensor de presión, que emula la sensibilidad de un dedo humano. Fabricado sobre un sustrato de poliuretano termoplástico, el sensor incorpora una estructura con anillos concéntricos —parecidos a las huellas dactilares— que mejora la adherencia y la precisión al captar los cambios mínimos en la presión arterial del usuario.

Cada latido del corazón, al bombear sangre por la arteria radial de la muñeca, genera una onda de pulso que se ve influenciada por la fase respiratoria. En efecto, al inhalar o exhalar, cambia la frecuencia, la amplitud y la línea base del pulso. Estos tres indicadores, denominados RIAV, RIFV y RIIV, son suficientes para reconstruir un patrón respiratorio.

Los datos recogidos por el sensor se transmiten por Bluetooth a una aplicación móvil, que a su vez los analiza mediante una red neuronal profunda híbrida llamada ResNet-BiLSTM, capaz de identificar en tiempo real el estado respiratorio del usuario.

La elección de una arquitectura de aprendizaje profundo no es casual. «El problema de la respiración es que no es una señal limpia ni constante: varía con el esfuerzo físico, las emociones, la postura…— señala el coautor del trabajo Jin Chai. Y continúa—: Necesitábamos un sistema de clasificación que pudiera adaptarse a esa complejidad temporal. Por eso combinamos redes neuronales bidireccionales con redes residuales, que son especialmente buenas para capturar tanto las variaciones a corto como a largo plazo en los datos».

Comodidad y precisión a partes iguales

A diferencia de otros dispositivos comerciales, que requieren un posicionamiento cuidadoso y personal especializado, este sensor puede colocarse directamente sobre la muñeca y comenzar a operar sin calibración compleja. Todo el sistema —sensor, placa de circuito flexible, batería recargable y transmisor— pesa solo 9 gramos y se integra en una banda de silicona hipoalergénica. Su uso no interfiere con la actividad diaria y permite monitorización continua incluso durante el sueño o la actividad física.

En las pruebas realizadas participaron trece personas además de un simulador mecánico de pulso. Los voluntarios realizaron sesiones de respiración controlada (lenta, normal y rápida), mientras que el simulador generó señales artificiales con gran estabilidad, lo que permitió reforzar el entrenamiento del modelo de inteligencia artificial. El sistema fue capaz de distinguir los distintos estados respiratorios con un 99,5% de acierto, superando de lejos a los métodos tradicionales de clasificación basados en umbrales de frecuencia respiratoria.

«Lo realmente innovador es que no dependemos de sensores en la nariz, el pecho o el abdomen —comenta Lingxiao Xu, otro de los investigadores. Y añade—: Con un único punto de contacto en la muñeca podemos inferir con gran precisión el estado respiratorio. Esto facilita muchísimo su uso cotidiano y elimina la incomodidad que suelen provocar otros dispositivos».

Más allá del hospital: salud conectada en tiempo real

El dispositivo no solo mide, sino que interpreta y comunica. Su integración con una aplicación móvil permite almacenar datos, generar alertas tempranas y compartir información con profesionales médicos en tiempo real. Esto lo convierte en una herramienta ideal para personas con enfermedades respiratorias crónicas, mayores que viven solos o pacientes en rehabilitación pulmonar.

Pero sus aplicaciones van más allá del ámbito clínico. «Podemos imaginar su uso en deportistas de élite, que necesitan controlar la respiración en entrenamientos de alto rendimiento, o incluso en astronautas o trabajadores a gran altitud, donde el control del oxígeno es vital», sugiere el investigador Yongjun Wang.

El sensor también ha demostrado una extraordinaria durabilidad. En los ensayos de laboratorio, soportó más de 70.000 ciclos de presión sin pérdida significativa de rendimiento. Su tiempo de respuesta ante estímulos fue de apenas 37 milisegundos, con un límite de detección inferior a los 120 pascales, lo que le permite captar incluso respiraciones suaves o irregulares.

Esquema del sistema flexible de sensores. a) El sensor se coloca sobre la tuberosidad radial de la muñeca para captar la señal del pulso, que se analiza en tiempo real mediante el modelo ResNet-BiLSTM. b) Vista esquemática de la integración entre el sensor de detección del pulso y el circuito flexible. c) Diagrama detallado del circuito encargado de la adquisición y procesamiento de datos.

Inteligencia artificial para analizar señales fisiológicas

Uno de los aspectos más sofisticados del trabajo es el modelo de aprendizaje profundo que analiza las señales del sensor. Al estar basado en una arquitectura ResNet-BiLSTM, el sistema puede entender las secuencias temporales complejas que caracterizan la respiración, diferenciando patrones que visualmente pueden parecer similares pero que responden a fisiologías distintas.

Durante los ensayos, se registraron 2.708 secuencias de datos etiquetadas, que sirvieron para entrenar y validar el modelo. El sistema fue capaz de adaptarse a cambios en la respiración y de mantener su precisión incluso durante transiciones rápidas entre estados, como pasar de una respiración pausada a una más agitada.

En comparación con un modelo BiLSTM sin red residual, la versión híbrida mostró no solo mayor precisión, sino una estabilidad superior en las curvas de entrenamiento. Las visualizaciones mediante reducción de dimensionalidad confirmaron que el sistema distinguía con claridad los distintos estados respiratorios.

Desde el móvil hasta la pulsera inteligente

El trabajo de Zhang, Gao y su equipo no solo aporta una solución tecnológica novedosa, sino que encarna una filosofía emergente en medicina: la monitorización ininterrumpida, no invasiva y personalizada de la salud. Su sistema podría integrarse fácilmente en dispositivos de consumo como relojes inteligentes o pulseras fitness, llevando la atención respiratoria desde la sala de urgencias al hogar.

«Este tipo de sensores permiten capturar lo invisible—concluye el doctor Gao—. Y si sabemos interpretar correctamente esas señales, podemos anticiparnos a los problemas antes de que se conviertan en emergencias».

En un mundo donde el envejecimiento poblacional y las enfermedades respiratorias crónicas son cada vez más comunes, innovaciones como esta apuntan a una nueva era de medicina digital, donde un pequeño dispositivo en la muñeca puede marcar la diferencia entre vivir con tranquilidad o sufrir complicaciones evitables.▪️

• Fuente: Zhang, X., Chai, J., Xu, L. et al. Direct extraction of respiratory information from pulse waves using a finger-inspired flexible pressure sensor system. Microsystems & Nanoengineering (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41378-025-00924-4