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Aprovechando el poder del hámster con un nanogenerador
La luz del sol, el viento y las olas no son las únicas fuentes de energía renovable. Para los investigadores que esperan alimentar dispositivos a nanoescala, también existe la potencia muscular.
Poder muscular: Este hámster lleva una chaqueta fijada a un nanogenerador que recolecta energía biomecánica mientras corre sobre una rueda de ejercicio.
Cada latido del corazón y cada movimiento inquieto que hace una persona mientras está sentada frente a una computadora lleva consigo una pequeña cantidad de energía que podría potencialmente ser eliminada. Sin embargo, recolectar esta biomoción es un desafío porque gran parte de ella es irregular. Ahora, por primera vez, los investigadores han demostrado que un nanogenerador puede ser impulsado por una biomoción irregular de baja energía, incluido el golpeteo de un dedo humano y el correr y rascarse erráticamente de un hámster.
El nanogenerador de los investigadores aprovecha el efecto piezoeléctrico, la forma en que algunos materiales cristalinos producen un potencial eléctrico cuando se someten a estrés mecánico. El equipo, dirigido por Zhong Lin Wang , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Georgia Tech, ha estado fabricando generadores utilizando nanocables piezoeléctricos desde 2005. El último nanogenerador consiste en una serie de nanocables de óxido de zinc montados sobre una superficie de plástico flexible. Los cables están conectados entre sí y a un circuito eléctrico externo mediante electrodos metálicos. Cuando el plástico se dobla, los cables también se doblan, y este movimiento crea un potencial eléctrico en los cables que impulsa la corriente a través del circuito externo.
En un artículo publicado en línea esta semana en la revista Nano letras , El grupo de Wang describe el uso del nanogenerador para recolectar diferentes tipos de energía biomecánica. Los investigadores conectaron el nanogenerador al dedo índice de una persona y registraron la potencia de salida cuando golpeaba una superficie. También recolectaron energía de un hámster que llevaba una pequeña chaqueta fijada al dispositivo mientras el roedor corría en una rueda de ejercicio y se rascaba.
Otros investigadores han desarrollado voladizos piezoeléctricos que también pueden recolectar energía biomecánica, pero estos sistemas dependen de la resonancia mecánica regular a una frecuencia específica. La mayor parte de la biomoción (estirar los músculos, balancear los brazos, caminar, incluso el latido del corazón) produce una energía mecánica que es más irregular. Wang dice que su grupo ha fabricado el primer generador que realmente puede recolectar movimientos pequeños e irregulares.
La energía generada por el dispositivo es actualmente pequeña (alrededor de un nanovatio), pero Wang dice que este sigue siendo un paso importante en el camino hacia el desarrollo de fuentes de energía útiles para dispositivos a nanoescala. Los sensores a nanoescala exquisitamente sensibles requieren muy poca energía, aproximadamente un microvatio, para hacer cosas como detectar patógenos o proteínas cancerosas. Pero parte de lo que está frenando su desarrollo es el tamaño y la vida útil de las fuentes de alimentación existentes. Los nanosensores implantables necesitan una fuente de energía de tamaño nanométrico y de larga duración, lo que elimina la necesidad de extraerlos y reemplazarlos quirúrgicamente.
El grupo de Wang aún no ha creado una versión implantable del nanogenerador, pero Wang dice que, en teoría, debería ser posible. Los nanogeneradores podrían, por ejemplo, estar revestidos de polímeros biocompatibles e implantados en el tejido muscular.
Los investigadores están trabajando para aumentar la potencia del dispositivo agregando más cables piezoeléctricos dispuestos en serie. Además de alimentar dispositivos a nanoescala, los generadores piezoeléctricos quizás podrían acoplarse a dispositivos más grandes. Durante los próximos cinco a diez años, Wang espera aumentar significativamente la potencia de salida del generador para que pueda tejerse en la tela de una chaqueta de tamaño humano y recolectar suficiente energía para cargar baterías para dispositivos electrónicos portátiles.