Desde nuestros pasos hasta nuestras pulsaciones de botones, los humanos gastan energía constantemente y los investigadores aprovechan estos movimientos para alimentar el mundo que nos rodea.
La recolección de energía de su entorno o actividades en lugar de una batería o un tomacorriente de pared tiene algunas ventajas clave: Las fuentes de electricidad son gratuitas y los dispositivos son más móviles. Esto es particularmente útil para la electrónica médica, como bombas de insulina y marcapasos. Los cosechadores de energía también podrían prolongar la vida útil de la batería en teléfonos inteligentes y computadoras portátiles.
La idea no es nueva. Las radios de cristal, por ejemplo, han existido desde principios del siglo XX y no necesitan una fuente de energía dedicada, ya que cargan electricidad de las ondas de radio. Pero las estrategias actuales de recolección de energía no son muy eficientes, y la energía en nuestro entorno se difunde ampliamente, lo que significa que se necesitan luces brillantes, grandes gradientes de temperatura o caminatas largas y enérgicas para producir una cantidad apreciable de energía, que aún puede no ser mucha.
Ahora los investigadores están descubriendo nuevas formas de aumentar la eficiencia de la cosecha y reducir los costos. Los desarrolladores también están fabricando dispositivos electrónicos que usan mucha menos energía, para que un día tu teléfono pueda funcionar con el crujido de tu bolsillo y unos toques de dedo cuando hagas una llamada.
En el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, los científicos demostraron un dispositivo el mes pasado que utiliza virus para traducir la presión en electricidad. El dispositivo se basa en la piezoelectricidad, un fenómeno en el que se produce una carga eléctrica en un material cuando está deformado mecánicamente o estresado. En este caso, el equipo utilizó un virus M13 diseñado que típicamente infecta bacterias para fabricar el material.
La diversión comienza con 50 nanoamperios
El dispositivo puede producir 6 nanoamperios de corriente y 400 milivoltios de potencial, aproximadamente una cuarta parte de la salida de una batería triple A y lo suficiente para activar brevemente una pequeña pantalla monocromática de cristal líquido con un generador de centímetros cuadrados cuando se presiona. Los investigadores publicaron su informe en Nature Nanotechnology.
Ramamoorthy Ramesh, investigador de la división de ciencia de materiales de LBNL y uno de los coautores del informe, explicó que los virus pueden reproducirse y formar estructuras a escala nanométrica por sí solos, lo que los convierte en una alternativa atractiva y de bajo costo a los dispositivos piezoeléctricos convencionales, que pueden usar productos químicos costosos o tóxicos. El material del virus también se puede rociar sobre una superficie, convirtiendo potencialmente cualquier pared o piso en un recolector de energía a partir de pasos y vibraciones.
En este momento, el generador de virus es demasiado débil para proporcionar energía práctica, aunque los investigadores están haciendo mejoras y dicen que no están lejos de un producto útil.
» Si conseguimos de 50 a 70, entonces es el momento del rock and roll. Entonces es muy divertido», dijo Ramesh.
Investigadores en el Reino Unido también desarrollaron recientemente un generador piezoeléctrico, una rodillera que gorronea electrones al caminar. A medida que la rodilla del usuario se dobla, se «puntean» cuatro paletas metálicas en el dispositivo, que luego vibran como una cuerda de guitarra y producen electricidad.
Actualmente, el dispositivo produce aproximadamente 2 milivatios de potencia, pero los investigadores esperan alcanzar los 30 milivatios con unos pocos ajustes.
Michele Pozzi, investigador principal del proyecto y miembro de investigación en recolección de energía en la Escuela de Ciencias Aplicadas de la Universidad de Cranfield, dijo en un comunicado que espera que el dispositivo cueste £10 por unidad cuando se aumente la producción. Los hallazgos se publicaron a principios de este mes en Smart Materials and Structures.
Pero, ¿puede alimentar un televisor?
Aún así, incluso con los cosechadores de energía en el mercado, el gran obstáculo es obtener suficiente electricidad utilizable para alimentar un sensor, una lámpara o una pantalla. Esto significa producir más electricidad de la que el dispositivo necesita, por lo que tiene suficiente para almacenar y permanecer en funcionamiento de manera constante.
«En algunos casos, es posible que solo esté cosechando un microvatio o algo así», dijo David Freeman, tecnólogo jefe del grupo de soluciones de suministro de energía de Texas Instruments. «Si tu dispositivo requiere un microvatio, no estás haciendo nada por nadie.»
Para Texas Instruments, la solución es hacer que los dispositivos consuman menos electricidad, así como hacer que las cosechadoras sean más eficientes.
«Solo en los últimos tres, cuatro o cinco años se informó de que la electricidad suficiente para ser útil y la energía de los dispositivos eran lo suficientemente bajas para funcionar», dijo Freeman.
Un uso potencial de las cosechadoras es construir sensores que puedan monitorear la calidad del aire. Los operadores pueden recopilar esa información de forma inalámbrica para calentar o enfriar eficientemente sus espacios. «El objetivo para la mayoría de estas aplicaciones es ‘despegar y pegar'», explicó Freeman, señalando que la mejor ubicación para un sensor puede estar lejos de cualquier cableado eléctrico. Estos lugares también pueden ser difíciles de alcanzar, por lo que cambiar una batería con frecuencia sería demasiado incómodo, lo que los hace ideales para las cosechadoras.
Con este fin, la compañía está fabricando circuitos integrados y microprocesadores que necesitan mucha menos energía.
«Cada generación utiliza menos energía que la generación anterior», dijo Freeman. «A medida que continuamos reduciendo la energía necesaria para estos dispositivos, la pieza de cosecha se vuelve más práctica.»
Según Freeman, la tecnología de cosecha dominante son los pequeños paneles fotovoltaicos, ya que las cosechadoras vibratorias y de radio aún no capturan suficiente energía para hacer funcionar tanto el sensor como el transmisor. Recientemente, la compañía creó un prototipo de teclado inalámbrico que funciona con iluminación interior con una duración de batería que coincide con la vida útil del dispositivo, aproximadamente de tres a cinco años. Además, Texas Instruments está desarrollando sensores para monitorear equipos industriales y carreteras, donde las frecuencias de movimiento regulares pueden ser más adecuadas para cosechadoras vibratorias.
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