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Hackear una impresora de escritorio para hacer baterías y circuitos
Debajo de un banco en Sang Young Lee El laboratorio de es una impresora de inyección de tinta común y un tanto destartalada que ha modificado para que escupa circuitos electrónicos y un tipo de dispositivo de almacenamiento de energía llamado supercondensador. Para que funcione, Lee vacía los cartuchos de tinta y los vuelve a llenar con materiales de batería especialmente formulados y tintas conductoras. Cuando se cargan con papel tratado, sus impresoras pirateadas crean supercondensadores flexibles y duraderos y componentes de circuitos simples en forma de un mapa de alta resolución de la República de Corea, una flor, un logotipo o cualquier otro diseño deseado.
Lee, un químico de baterías en la Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) en Corea del Sur, ha estado trabajando en baterías impresas flexibles durante los últimos cinco años. La arquitectura de la batería no ha cambiado desde el nacimiento de la batería de iones de litio, dice. Los materiales que almacenan energía se vierten sobre láminas de metal y se empaquetan con un electrolito líquido en algunas formas básicas: bolsas, monedas, cilindros y celdas prismáticas rectangulares. Por ejemplo, el diseño de monitores de salud portátiles, ya sea que estén en textiles o en una pulsera, está limitado por la necesidad de una caja o bolsa de batería. En cambio, Lee quiere fabricar baterías flexibles que desaparezcan en un diseño y que puedan fabricarse con equipos simples, como una impresora de chorro de tinta.
Para que funcionara, tuvo que adaptar todos los materiales de la receta. Si las tintas se corren o manchan en el papel, el supercondensador no funcionará. Entonces, la primera capa que se imprimirá es una imprimación de celulosa que absorbe las tintas y no se corre. Le siguen los nanotubos de carbono, que reemplazan el colector de corriente de lámina en una batería, y los electrodos de nanocables de plata, seguidos de una tinta de electrolito. Cada tinta tenía que formularse para que fluyera a través del cabezal de impresión y no se acumulara mientras estaba en el cartucho.
La clave del sistema de Lee fue desarrollar un electrolito compatible con la impresión por inyección de tinta. El electrolito, el medio que conduce iones y electrones, suele ser un líquido. Lee es el primero en fabricar un conjunto de materiales totalmente compatible con chorro de tinta que incluye el electrolito. Otros proyectos de investigación, dice, requieren que se agregue un electrolito líquido después de imprimir las otras partes. La necesidad de retener ese líquido limita el diseño de la batería impresa. Hay materiales electrolíticos de estado sólido, pero no son compatibles con la impresión por inyección de tinta y es posible que no sean flexibles.
El prototipo de Lee, descrito en la revista Energía y Ciencias Ambientales , muestra cómo la batería y el circuito desaparecen por igual en los diseños impresos. En una hoja impresa, la palabra BATERÍA alimenta las palabras Circuito impreso, que transportan electricidad a un LED. En un diseño para una envoltura de taza de café, un supercondensador alimenta un sensor para encender una luz azul junto a la palabra impresa FRÍO o una luz roja junto a la palabra CALIENTE, según la temperatura de la bebida.
El objetivo de la Internet de las cosas y la computación ubicua es que la tecnología pase a un segundo plano para que podamos interactuar con el mundo de maneras que se sientan naturales, dice Inna Lobel, ingeniera mecánica y diseñadora industrial de la firma de diseño. Rana En nueva york. Estos supercondensadores impresos sugieren cómo podrían ser esas tecnologías y materiales, dice ella.
Aún así, la tecnología es un trabajo en progreso. Como testimonio de la novedad del campo, Lee tuvo que construir el equipo para probar sus baterías flexibles. Una máquina hecha a medida mide el rendimiento eléctrico mientras las baterías se retuercen y se deforman. El próximo paso es continuar mejorando el almacenamiento de energía total de los dispositivos impresos, dice, e intentar imprimir en diferentes materiales además del papel.