Estas botas fueron hechas para generar energía.

James Wimshurst fue un ingeniero e inventor del siglo XIX que ideó una máquina fascinante para generar altos voltajes. La máquina que ahora lleva su nombre consta de dos discos que giran en sentidos contrarios provistos de parches metálicos.

Los discos están en contacto con dos cepillos metálicos conectados a un par de esferas metálicas separadas por un pequeño espacio. Los cepillos recogen la carga de los discos, que se acumula en las esferas para que, eventualmente, salte una chispa a través del espacio entre ellos. El mecanismo que carga las esferas es la inducción eléctrica, que amplifica cualquier pequeña carga en los parches metálicos.

En el siglo XIX y principios del XX, físicos e ingenieros utilizaron máquinas de Wimshurst y dispositivos similares para alimentar máquinas de rayos X e incluso aceleradores de partículas. Pero hoy en día, estas máquinas son raras, se usan solo en museos de ciencias y aulas para demostrar los principios de la electrostática.

Hoy eso podría cambiar gracias al trabajo de Maria Napoli y colegas de la Universidad de California, Santa Bárbara, quienes han reinventado la máquina de Wimshurst para el siglo XXI. Estas personas han creado una versión microfluídica que puede recolectar energía del medio ambiente y convertirla en energía utilizable.

En el nuevo dispositivo, las gotas de mercurio en el aceite fluyen a través de un canal tallado en una lámina de plástico PDMS (polidimetilsiloxano). El canal transporta las gotas de mercurio una junto a la otra en direcciones opuestas, al igual que los discos que giran en sentido contrario en una máquina de Wimshurst convencional.

Los electrodos incrustados en el canal de microfluidos se llevan la carga a medida que se acumula. Pero en lugar de crear chispas, esta carga puede usarse como energía. Napoli y sus colegas calculan que un circuito de escala centimétrica con canales de solo 300 micrómetros de ancho, con gotas de mercurio fluyendo a una velocidad de 10 milímetros por segundo, podría generar alrededor de 12 microvatios de potencia.

El equipo ha construido un dispositivo de prueba de principio para probar la idea. La máquina microfluídica de Wimshurst consiste en un canal principal de solo cinco centímetros de largo, que transporta unos pocos milímetros cúbicos de mercurio. Genera una pequeña fracción de la potencia máxima teórica: solo cuatro nanovatios.

Pero esto no perturba al equipo. Los microfluidos permiten una variedad de mejoras que no son posibles con dispositivos de estado sólido, como cambiar el ancho y la separación de los canales y controlar mejor el tamaño y la distribución de las gotas.

Los cálculos indican que las mejoras sencillas en la geometría deberían ser capaces de aumentar la potencia de salida de un dispositivo de un solo canal hasta en tres órdenes de magnitud, dicen.

Además, varios canales se pueden ejecutar fácilmente en serie o en paralelo para generar aún más energía. Y una gran ventaja de este tipo de dispositivo de microfluidos sobre otros recolectores de energía es que no tiene que funcionar a una frecuencia resonante.

Napoli y compañía estudian la salida potencial de este tipo de dispositivo impulsado por una bomba de diafragma en el talón de una bota. Suponiendo que una persona pueda caminar a un ritmo de un paso por segundo, una bomba de dos centímetros de diámetro podría proporcionar suficiente flujo para 250 canales de microfluidos paralelos, que en conjunto producirían una salida de unos 10 milivatios, dicen Napoli y compañía.

Eso es suficiente para alimentar el láser en una unidad de DVD y una cantidad prometedora para varios sensores y dispositivos de comunicación de baja energía actualmente en desarrollo.

Por lo tanto, hay buenas razones para esperar que una versión ampliada de nuestro dispositivo prototipo pueda ser portátil, práctica y lo suficientemente poderosa para una variedad de usos de recolección de energía, concluyen.

Por supuesto, hay desafíos por delante. Una pregunta importante se cierne sobre la durabilidad de un dispositivo de este tipo, dados los golpes que sufren las botas durante su vida útil. Pero esa es una pregunta de desarrollo en la que el equipo puede trabajar.

Quizás no pase mucho tiempo antes de que la mejor manera de recargar un teléfono sea usar un par de bombas y salir a correr. Wimshurst seguramente estaría asombrado.

Ref: arxiv.org/abs/1803.02454 : Recolección de energía con una máquina de influencia microfluídica de metal líquido

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