Dispositivos recargados con energía eléctrica a partir de calor corporal

Como parte del proyecto de Cátedras Conacyt, Fortalecimiento y consolidación del doctorado en ciencia y tecnología de materiales de la Facultad de Ciencias Químicas (FCQ) de la Universidad Autónoma de Coahuila (Uadec), científicos coahuilenses del Departamento de Polímeros y Cerámicos en la FCQ, así como del Instituto Tecnológico de Saltillo —perteneciente al Tecnológico Nacional de México (Tecnm)—, desarrollan dispositivos flexibles capaces de tomar el calor corporal humano, convertirlo en electricidad y emplearlo en diferentes aparatos electrónicos.

Este prototipo representa el primer paso hacia la recarga de aparatos electrónicos como celulares y relojes, a partir de dispositivos adheridos a la ropa, empleando energías sustentables como el calor corporal o, incluso, la energía solar.

A través del desarrollo de materiales especializados y los principios de la tendencia tecnológica de la electrónica flexible, los investigadores desarrollan este prototipo que, hasta el momento, ha obtenido resultados alentadores.

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, los especialistas detallan el potencial de este proyecto, sus resultados preliminares y cómo contribuye al desarrollo de la electrónica flexible en México, un área de oportunidad para el país y tendencia tecnológica a nivel mundial.

Prototipo sustentable

Los especialistas coahuilenses desarrollan este proyecto desde la perspectiva de la electrónica flexible, una nueva tendencia tecnológica que tiene como finalidad desarrollar elementos electrónicos convencionales flexibles, compactos, más ligeros, a base de materiales biodegradables y con un costo más bajo.

“El proyecto de electrónica flexible está dentro del proyecto 156 aprobado en la Facultad de Ciencias Químicas de la Uadec, este proyecto básicamente busca desarrollar dispositivos electrónicos flexibles que aprovechen diversas fuentes de energía”, señaló el doctor Jorge Roberto Oliva Uc, catedrático Conacyt, adscrito al Departamento de Materiales Cerámicos de la Facultad de Ciencias Químicas.

Actualmente, los dispositivos electrónicos son más rígidos, pesados, hechos con metales, y la electrónica flexible trata de sustituir todas estas partes electrónicas con otros elementos que tengan el mismo funcionamiento pero que sean más ligeros y amigables con el medio ambiente. El reemplazo de estos elementos pesados y contaminantes puede darse en casi cualquier tipo de dispositivo electrónico actual como circuitos electrónicos, transistores, diodos emisores de luz, celdas solares, etcétera.

Como parte de la Cátedra Conacyt, los especialistas trabajan en un dispositivo que toma calor corporal humano y lo convierte en electricidad.

“En este sentido, el cuerpo humano funciona como una batería. Este dispositivo toma esta energía, fuente de calor humana, la transforma en electricidad y, a su vez, sirve para alimentar algún otro dispositivo móvil que podría ser una calculadora, un reloj, y estamos actualmente trabajando para que sea lo suficientemente eficiente y así alimentar un celular”, detalló Oliva Uc.

Los científicos comentaron que iniciaron la investigación con un desempeño de voltaje bajo, pero después de más de seis meses de iniciado este proyecto y probar diferentes elementos, el proyecto sigue evolucionando: “Este dispositivo está hecho básicamente de materiales ‘suaves’, con esto me refiero por ejemplo a polímeros conductores, nanopartículas hechas de polímeros conductores, compuestos de carbón, cerámicos, entre otros. Contiene también algunos elementos metálicos que todos, en su conjunto, hacen que se convierta el calor corporal en electricidad y el dispositivo sea capaz de generar voltaje”.

Entre las ventajas con que cuenta este prototipo se encuentran: primero, es amigable con el medio ambiente ya que utiliza materiales inertes que no son tóxicos; segundo, usa una energía sustentable a partir de calor corporal. Otra ventaja de este prototipo es la gran adherencia a la piel y su capacidad de seguir los movimientos de la piel sin perder la eficiencia de la generación de voltaje.

“Como desventajas podríamos añadir que la eficiencia o voltaje que genera depende del área, del tamaño de la superficie del dispositivo. Además, la idea es hacer el dispositivo lo más compacto posible para que sea más confortable para el usuario y a un bajo costo”, especificó José Roberto López Ignacio, colaborador del proyecto y estudiante de ingeniería en materiales con especialidad en materiales avanzados, del Instituto Tecnológico de Saltillo.

“Estamos buscando tener un dispositivo flexible, que tome el calor corporal humano y pueda generar un nivel de voltaje y corriente que sea comparable a las baterías convencionales que se utilizan en juguetes, relojes, en cualquier dispositivo electrónico portátil”, añadió Oliva Uc.

Resultados alentadores

Los investigadores cuentan con el prototipo a nivel laboratorio y afirman que este dispositivo representa una ventaja en cuestión de costos.

“Según nuestras estimaciones acerca de este dispositivo, una batería de 1.5 V de larga duración típicamente cuesta arriba de 20 pesos, es voluminoso, pesado y rígido. El dispositivo que se desarrolla en la presente investigación es flexible, es similar a un forro o una tela y por metro cuadrado podría costar hasta 80 pesos. Entonces, lo que hay que hacer es evaluar cuánta corriente y voltaje total puede producir este metro cuadrado y hacer cálculos para saber a cuantas baterías comerciales de 1.5 V o 9 V equivale”, puntualizó Oliva Uc.

Los científicos indicaron que han logrado niveles muy prometedores de generación de energía en el prototipo a nivel laboratorio en comparación a la literatura reportada.

“Hemos obtenido resultados muy prometedores, ya que los valores de voltaje y corrientes generados por el prototipo con un área de 14 cm²  son de 300 a 500 veces más altos que lo que han obtenido en dispositivos generadores de electricidad por calor corporal, los cuales han sido fabricados por grupos en instituciones chinas o alemanas, quienes obtuvieron valores de voltajes máximos en el rango de milivoltios y valores de corriente en el rango de microamperes”, destacó López Ignacio.

Los investigadores indicaron que perfeccionarán este prototipo, solicitarán la patente y buscarán una empresa interesada para hacer estudios sobre la factibilidad de su producción a nivel industrial.

La transformación del calor corporal en electricidad y voltaje se realiza a través de un fenómeno eléctrico/térmico/magnético novedoso que encontraron y es distinto a lo trabajado por otros grupos a nivel mundial.

“Creo que las tecnologías actuales de baterías son todavía pesadas, voluminosas, están hechas de metales y de elementos corrosivos. Este nuevo mecanismo físico que proponemos para generar electricidad y voltaje a través de calor ya no involucra ninguno de estos elementos pesados, ni metales ni agentes corrosivos y, además, son ligeros y podríamos llevarlos fácilmente en la ropa ya perfeccionados”, mencionó Oliva Uc.

Explicaron que esta línea de investigación apenas inicia en el país y pocas personas trabajan en torno a la electrónica flexible, por lo que están abiertos a cualquier tipo de colaboración nacional o internacional para seguir mejorando el prototipo y lograr su escalamiento.

“Me parece que la industria debería contemplar este tipo de tecnología, porque es un dispositivo que podría incorporarse a zapatos, gorras, camisetas, pantalones y todas estas prendas de vestir podrían ser soportes de baterías ya incorporadas en la ropa”, agregó.

Oliva Uc enfatizó que este tipo de tecnología podría darle una ventaja competitiva al país a nivel mundial. Por lo que es necesario que haya gente trabajando en estas áreas, mejorar este tipo de tecnologías e incluso iniciar empresas mexicanas que comercializaran estas innovaciones a otros países.

“Creo que es importante para el país, porque podría darle una ventaja competitiva a nivel mundial sobre este tipo de tecnologías. Entonces, es necesario que haya gente trabajando en esto, perfeccionar este tipo de tecnologías y ¿por qué no?, abrir una empresa mexicana para vender este tipo de tecnología a otros países. Es un tema que los países desarrollados están madurando y México no se puede ni debe quedar atrás”, subrayó.

Fuente: CONACYT.