Los dispositivos portátiles, como casi cualquier otro dispositivo tecnológico, necesitan energía. Afortunadamente, sin embargo, con los modestos presupuestos de energía de los dispositivos portátiles, la energía está efectivamente en todas partes. Está en los rayos del sol y las ondas de radio, el sudor de la piel y el calor corporal, el movimiento de una persona y sus pisadas. Y hoy en día, la tecnología está madurando hasta el punto de que se pueden aprovechar cantidades significativas de estas donaciones de energía para liberar a los dispositivos portátiles de la necesidad de una batería. Lo cual parece bastante atractivo para una variedad de empresas e investigadores. “La energía es algo que damos por sentado, porque simplemente conectamos cosas a la pared y se siente tan inevitable como el aire. Pero en realidad necesitamos que se genere esa energía”, afirma Alper Bozkurt, quien junto con Veena Misra codirige el Centro de Sistemas Avanzados Autoalimentados de Sensores y Tecnologías Integradas (ASSIST) de la Universidad Estatal de Carolina del Norte. La tecnología portátil de recolección de energía más conocida en la actualidad es, por supuesto, la solar, que extrae electrones de la luz solar o de la luz ambiental. Pero la energía solar es sólo la táctica inicial. Los investigadores han descubierto que existe una amplia gama de opciones para recolectar suficientes microvatios para reemplazar las baterías de los dispositivos portátiles. Entre ellos se encuentran los generadores piezoeléctricos y triboeléctricos, que aprovechan la tensión mecánica y las propiedades electrostáticas de los materiales para generar electricidad. Mientras tanto, el conocido fenómeno de la inducción electromagnética cosecha golpes, saltos y zancadas para crear pequeños pero aún útiles goteos de corriente. Si bien los dispositivos portátiles generalmente no requieren mucha energía, los dispositivos portátiles deben ser, bueno, fáciles de usar. Una mochila con un panel solar gigante podría funcionar técnicamente, pero no en la realidad. Un sensor ligero de salud humana no sería útil para los biólogos que intentan mantener un rastreador en un bisonte por el resto de su vida. La variedad de necesidades (y fuentes de energía) es evidente en una avalancha de investigaciones recientes sobre recolección de energía, incluidos algunos trabajos híbridos que integran múltiples modalidades. El poder de sudar El equipo de Caltech ha experimentado con diferentes formas de energía para recolectar y alimentar su energía eléctrica. -piel, incluido el sudor humano y la fricción de materiales durante el movimiento. Wei Gao/CaltechWei Gao, del Instituto de Tecnología de California, desarrolló una “piel electrónica” autoalimentada. E-skin, dice, es un dispositivo con sensores incorporados que se aplica directamente a la piel para leer y transmitir indicadores de salud como frecuencia cardíaca, temperatura corporal, azúcar en sangre y subproductos metabólicos. «La atención sanitaria personalizada podría revolucionar la práctica médica tradicional», afirma Gao. “Pero para incorporar muchos tipos diferentes de sensores, necesitamos diferentes diseños de materiales y herramientas. Una de las consideraciones más importantes es el almacenamiento de energía. [and generation].” La primera piel electrónica de Gao, producida en abril de 2020, estaba hecha de goma suave y flexible y aprovechaba el sudor del paciente para alimentar el dispositivo. Utilizando pilas de combustible incorporadas, el dispositivo absorbió el lactato del sudor y lo combinó con el oxígeno atmosférico para generar agua y piruvato. A través de este proceso, los biocombustibles generaron suficiente electricidad para alimentar tanto los sensores de la piel electrónica como la transmisión de datos, cargando continuamente un condensador de 1,5 a 3,8 voltios durante aproximadamente 60 horas. (En el caso de los condensadores, el voltaje se traduce en electrones almacenados: la caída de voltaje en un condensador es proporcional a su carga total). Meses más tarde, Gao y su equipo desarrollaron un modelo de piel electrónica que utilizaba la energía cinética del movimiento para generar triboelectricidad, la liberación de corriente. del movimiento relativo de materiales de diferentes propiedades electrostáticas. Esta piel electrónica de segunda generación intercaló finas láminas de teflón, cobre y poliimida que se deslizan a medida que la persona se mueve, generando una potencia máxima de 0,94 milivatios. A continuación, el equipo recurrió a la impresión 3D. En un estudio publicado en Science Advances en septiembre, imprimieron en 3D los componentes esenciales (sensores físicos, sensores químicos, microfluidos y supercondensadores) para un sistema multimodal de seguimiento de la salud llamado e3-skin (piel electrónica elástica epifluídica). La plataforma utiliza una serie de sensores, electrodos recubiertos de hidrogel y más, junto con un supercondensador de tamaño micro que en este caso funciona con una célula solar. La precisión de la impresión 3D permite a los investigadores crear componentes personalizados para la alerta temprana y el diagnóstico de condiciones de salud, dice Gao. ¿Aprovechar la tecnología de relojes para… bisontes? Mucho se habla de tecnología portátil se centra en la salud u otras necesidades humanas. Pero los biólogos también están estudiando la captación de energía para el seguimiento de animales, ya que la tecnología actual es insuficiente. Las baterías se agotan antes que los animales. La energía solar no funcionará para animales nocturnos o criaturas en ambientes con poca luz. Un pequeño dispositivo que recolecta energía del trote nocturno de un corredor claramente no está diseñado para un bisonte enorme, que puede pesar hasta una tonelada. Un equipo de biólogos construyó un rastreador GPS Kinefox personalizado que la vida silvestre, incluido este bisonte europeo, puede recargarse simplemente moviéndose como de costumbre. Rasmus W. Havmøller Esos desafíos inspiraron a equipos de investigadores de la Universidad de Copenhague, la Universidad Técnica de Dinamarca, y el Instituto Max Planck de Comportamiento Animal de Alemania para construir un generador de mejor tamaño portátil para sus propósitos: rastrear animales salvajes, idealmente, durante toda su vida. Ese objetivo está actualmente fuera del alcance de la mayoría de las especies de mamíferos (utilizar dispositivos alimentados por baterías y energía solar). En un trabajo publicado en PLoS One en mayo, detallaron el Kinefox, un rastreador GPS que la vida silvestre puede recargar simplemente moviéndose. El equipo probó sus dispositivos con tres especies: cuatro perros domésticos, un pony Exmoor y un bisonte europeo. El equipo se inspiró en los relojes de cuerda automática, que existen desde finales del siglo XVIII y transforman el movimiento de la muñeca en energía. Entonces, los investigadores compraron un microgenerador comercial diseñado para dispositivos portátiles y de IoT llamado Kinetron MSG32. Lo combinaron con un condensador de iones de litio y un rastreador personalizado con GPS que transmite datos a través de la red inalámbrica de baja potencia de Sigfox. «Queríamos tomar el material ya creado y usarlo para el seguimiento de animales, aunque no está diseñado para eso», dice Troels Gregersen, científico invitado en el Instituto Max Planck de Comportamiento Animal. La primera versión de los investigadores instaló el Kinefox en los collares y arneses existentes de los animales para observar y aprender. Sin embargo, dice Gregersen, “el primer collar que le pusimos al bisonte se destruyó inmediatamente. Son animales de 900 kilos que chocan contra los árboles. No es un caso de uso en dispositivos portátiles para humanos”. Tomando los resultados de la primera versión, el equipo finalmente creó un rastreador y un collar personalizados. Pegaron el movimiento de reloj automático basado en péndulo del microgenerador a un anillo ferromagnético, colocando la combinación alrededor de una bobina de alambre de cobre. A medida que el péndulo oscila hacia adelante y hacia atrás con el movimiento del animal, el anillo crea una corriente alterna en la bobina y un circuito de duplicación de voltaje la transforma en corriente continua. «Es muy valioso poder colocar un rastreador una vez, cuando el animal nace, o tener que tranquilizarlo sólo una vez», dice Gregersen. «Si algo puede transmitir nuevos tipos de datos, o puede durar más que cualquier otra cosa, tiene una aplicación y tiene valor». Kinefox es de código abierto y los archivos se publican en GitHub. Y mientras que un rastreador de vida silvestre tradicional cuesta entre 3.500 y 4.000 euros, el Kinefox cuesta alrededor de 270 euros en materiales, según investigadores de Max Planck. En el futuro, es posible que el bricolaje ni siquiera sea necesario. El equipo está en conversaciones con la empresa Kinetron, con sede en Tilburg, Países Bajos, para fabricar un microgenerador diseñado específicamente para animales, en lugar de relojes de pulsera automáticos, dice Gregersen. Retos: Sostenibilidad y colaboración de la industria. Este eficiente recolector de energía combina compuestos piezoeléctricos con fibra de carbono reforzada. polímero y resina epoxi, una combinación única que fue capaz de almacenar electricidad incluso después de 100.000 usos. Universidad de Tohoku Mirando hacia el futuro en términos más amplios, algunos investigadores se centran en combinar materiales únicos y crear sistemas de recolección de energía a partir de materiales más sostenibles. Un equipo que incluye investigadores de la Universidad Tohoku de Japón desarrolló recientemente un recolector de energía duradero y eficiente que combina compuestos piezoeléctricos con polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP). El grupo fabricó su dispositivo utilizando CFRP, nanopartículas de niobato de sodio y potasio (KNN) y resina epoxi. . E incluso después de 100.000 usos, afirma Yaonan Yu, estudiante de posgrado en Tohoku y coautor del estudio, el dispositivo aún podría almacenar la electricidad que generaba. Esta combinación de fuerza y ​​generación de energía podría usarse en varios tipos de dispositivos portátiles y aplicaciones de Internet de las cosas, incluidos sistemas de infraestructura para reforzar puentes y carreteras que detectan cuando aparece una grieta, un bache u otro daño, dice Yu. El punto óptimo, dice Bozkurt del centro ASSIST, será el análisis de datos y la combinación de capacidades de recolección de energía para recopilar y transmitir los datos que los usuarios realmente necesitan. «Si mido los latidos del corazón en picosegundos, sería un desperdicio porque el corazón no late tan rápido», dice. Para un proyecto, “preguntamos a los médicos: ‘¿Cuántos datos necesitan?’ Dijeron: ‘No lo sabemos. Atendemos a nuestros pacientes todos los meses, por lo que si obtenemos más de una lectura mensual será una mejora”. Esa fue una cierta perspectiva”. Artículos de su sitio Artículos relacionados en la Web

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