Científicos de China desarrollaron un pequeño dispositivo flexible capaz de convertir el calor emitido por la piel humana en energía eléctrica. En la investigación, que publica en la revista Cell Reports Physical Science, el equipo demostró que el dispositivo podía alimentar una luz LED en tiempo real cuando se llevaba en una pulsera. Los resultados sugieren que la temperatura corporal podría alimentar algún día la electrónica portátil, como los rastreadores de fitness.
El dispositivo es un generador termoeléctrico (TEG) que utiliza gradientes de temperatura para generar energía. En este diseño, los investigadores utilizan la diferencia entre la temperatura corporal más cálida y el entorno relativamente más frío para generar energía.
“Se trata de un campo con gran potencial", asegura Qian Zhang, del Instituto Tecnológico de Harbin, en China. "Los TEG pueden recuperar la energía que se pierde en forma de calor residual y mejorar así el índice de utilización de la energía”.
A diferencia de los generadores tradicionales, que utilizan la energía del movimiento para producir energía, los generadores termoeléctricos no tienen piezas móviles, lo que los hace esencialmente libres de mantenimiento. Estos generadores se instalan en máquinas situadas en zonas remotas y a bordo de sondas espaciales para suministrar energía.
Zhang y sus colegas llevan años trabajando en el diseño de generadores termoeléctricos. Dado que los dispositivos wearables se han hecho cada vez más populares en los últimos años, el equipo quería explorar si estos fiables generadores podrían sustituir a la batería tradicional en estos dispositivos, incluidos los rastreadores de fitness, los relojes inteligentes y los biosensores.
“No hay que subestimar las diferencias de temperatura entre nuestro cuerpo y el entorno: son pequeñas, pero nuestro experimento demuestra que aún se puede generar energía”, dice Zhang.
Los TEG convencionales suelen ser rígidos y sólo pueden soportar menos de 200 casos de flexión. Aunque los de tipo flexible pueden cumplir el requisito de flexión, su rendimiento suele ser insuficiente. Para superar esta limitación y hacer que el dispositivo se adapte mejor a los dispositivos portátiles, los investigadores unieron los componentes eléctricos principales a un material de poliuretano elástico y más adhesivo. Las pruebas demostraron que el dispositivo sobrevivió al menos a 10.000 flexiones repetidas sin cambios significativos en su rendimiento.
Además, los TEG disponibles en el mercado dependen en gran medida de un metal raro, el bismuto, que no se encuentra de forma natural en grandes cantidades. El nuevo diseño lo sustituyó parcialmente por un material basado en el magnesio, que puede reducir sustancialmente los costes en la producción a gran escala.
Los investigadores diseñaron un prototipo de sistema electrónico autoalimentado. Conectaron un LED a una banda de TEG de algo más de 11 centímetros de largo y 3 de ancho. A continuación, el equipo envolvió la banda TEG alrededor de la muñeca de una persona cuya temperatura corporal era de 34 grados en condiciones ambientales. Con la diferencia de temperatura, el generador cosechó el calor desprendido por la piel y encendió con éxito el LED.
“Nuestro prototipo ya tiene un buen rendimiento si se introduce en el mercado”, afirma el autor correspondiente, Feng Cao, del Instituto de Tecnología de Harbin. Añade que, con el convertidor de voltaje adecuado, el sistema puede alimentar aparatos electrónicos como relojes inteligentes y sensores de pulso.
De cara al futuro, el equipo planea seguir mejorando el diseño para que el dispositivo pueda absorber el calor de forma más eficiente. “Cada vez hay más demanda de energía más ecológica, y los TEG encajan perfectamente, ya que pueden convertir el calor desperdiciado en energía -afirma Cao-. Mientras que, por ejemplo, la energía solar sólo puede generarse cuando hay sol, los TEG pueden producir energía en muchos escenarios, siempre que haya una diferencia de temperatura”.
Por Nicolás Maggi
Por Rodolfo Parody
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