Investigadores han hecho un sistema de recolección de energía ultrafina que puede generar pequeñas cantidades de electricidad cuando se dobla o se presiona, incluso en las frecuencias muy bajas que caracterizan el movimiento humano.
El dispositivo podría llevar a la ropa que utiliza el movimiento para generar energía que podría ser utilizado para cargar un teléfono celular u otros pequeños dispositivos electrónicos.
Los humanos "depósitos de carga"
"En el futuro, espero que todos nos convertiremos en depósitos de carga para nuestros dispositivos personales, sacando energía directamente de nuestros movimientos y el medio ambiente", dice Cary Pint, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad Vanderbilt, quien dirigió la investigación
Actualmente, muchas investigaciones buscan encontrar formas efectivas de aprovechar las fuentes de energía ambiental. Estos incluyen dispositivos mecánicos diseñados para extraer energía de vibraciones y deformaciones:
- Dispositivos térmicos destinados a extraer energía de las variaciones de temperatura.
- Dispositivos de energía radiante que capturan energía de luz, ondas de radio y otras formas de radiación.
- Dispositivos electroquímicos que aprovechan reacciones bioquímicas."Esta es una investigación oportuna y emocionante dado el crecimiento de dispositivos portátiles como exoesqueletos y ropa inteligente, que podrían beneficiarse potencialmente de los avances del Dr. Pint en materiales y cosecha de energía".
"Comparado con los otros enfoques diseñados para recolectar energía del movimiento humano, nuestro método tiene dos ventajas fundamentales", dice Pint. "Los materiales son atómicamente delgados y lo suficientemente pequeños para ser impregnados en textiles sin afectar la apariencia o sensación del tejido y pueden extraer energía de movimientos que son más lentos de 10 Hertz-10 ciclos por segundo-sobre toda la ventana de baja frecuencia de movimientos correspondiente al movimiento humano ".
La extracción de energía utilizable de este movimiento de baja frecuencia ha demostrado ser extremadamente desafiante. Varios grupos de investigación están desarrollando cosechadoras de energía basadas en materiales piezoeléctricos que convierten la tensión mecánica en electricidad.
"Nuestra cosechadora está calculada para funcionar con más del 25 por ciento de eficiencia en una configuración de dispositivo ideal, y lo más importante cosechar energía a través de toda la duración de los movimientos humanos, incluso lentos, como sentarse o de pie", dice Pint.
Inténtalo de nuevo
La cosechadora de energía ultrafina del laboratorio se basa en la investigación del grupo sobre sistemas avanzados de baterías.
En los últimos 3 años, el equipo han explorado la respuesta fundamental de los materiales de la batería a la flexión y el estiramiento. Fueron los primeros en demostrar experimentalmente que el voltaje de funcionamiento cambia cuando los materiales de la batería se colocan bajo tensión. Bajo tensión, el voltaje sube y bajo compresión, cae.
El equipo colaboró con Greg Walker, profesor asociado de ingeniería mecánica, que utilizó modelos de computadora para validar estas observaciones de materiales de batería de litio. Los resultados de ese estudio aparecen en la revista ACS Nano .
Estas observaciones llevaron al equipo de Pint a reconstruir la batería con electrodos positivos y negativos hechos del mismo material.
Los estudios iniciales del laboratorio fueron publicados en 2016. Se inspiraron más en un avance paralelo de un grupo en el Massachusetts Institute of Technology que produjo un dispositivo de tamaño de sello de correo de silicio y litio que cosechó energía a través del efecto Pint y su equipo fueron Investigando. Aunque esto impide que el dispositivo almacene energía, le permite explotar completamente los cambios de voltaje causados por flexión y torsión y así producir cantidades significativas de corriente eléctrica en respuesta a los movimientos humanos.
Debido a que los bloques de construcción básicos de la "cosechadora" son alrededor de 1/5000 del espesor de un cabello humano, los ingenieros pueden hacer sus dispositivos tan finos o tan gruesos como sea necesario para aplicaciones específicas.
Los investigadores reconocen que uno de los desafíos que enfrentan es el voltaje relativamente bajo que su dispositivo produce. Está en el rango de milivoltios. Sin embargo, están aplicando sus conocimientos fundamentales del proceso para aumentar la tensión.
También están explorando el diseño de componentes eléctricos, como pantallas LCD, que funcionan a voltajes inferiores a los normales.
Pensando en el futuro
Una de las aplicaciones más futuristas de esta tecnología podría ser la ropa electrificada. Podría alimentar la ropa impregnada con pantallas de cristal líquido que permiten a los usuarios cambiar los colores y los patrones con un golpe en su teléfono inteligente.
"Cuando se incorpora a la ropa, nuestro dispositivo puede traducir el movimiento humano en una señal eléctrica con alta sensibilidad que podría proporcionar un registro histórico de nuestros movimientos. O la ropa que rastrea nuestros movimientos en tres dimensiones podría ser integrada con la tecnología de la realidad virtual.
