Desarrollan un sensor que funciona sin pilas ni baterías aprovechando la energía invisible de los cables eléctricos.
- ⚡ Energía recuperada: aprovecha los campos magnéticos generados por los cables eléctricos.
- 🔋 Sin baterías: utiliza condensadores para almacenar la electricidad captada.
- 🔬 Consumo ultrabajo: el sensor funciona con potencias del orden de los nanovatios.
- ⏱️ Autonomía de reserva: el investigador responsable estima que podría continuar funcionando entre 24 horas y una semana durante un corte eléctrico.
- 🌱 Menos residuos: podría reducir el consumo de pilas y las intervenciones de mantenimiento.
- 🏭 Interés comercial: más de 60 entidades han expresado interés en probar o integrar esta tecnología.
Investigadores de las universidades de Arkansas y Michigan, en Estados Unidos, han desarrollado un sensor de temperatura capaz de funcionar sin pilas ni baterías, aprovechando los campos magnéticos que se generan alrededor de los cables eléctricos. El dispositivo utiliza un componente fabricado con grafeno para captar pequeñas cantidades de energía que normalmente se desaprovechan.
La tecnología, publicada en la revista científica Journal of Vacuum Science & Technology B, abre nuevas posibilidades para fabricar sensores autónomos que puedan permanecer instalados durante años sin necesidad de sustituir sus fuentes de alimentación. Una solución especialmente interesante para la monitorización ambiental, la agricultura inteligente y los dispositivos conectados.
Cómo convertir los campos magnéticos de los cables en electricidad
Los cables que transportan corriente alterna generan campos magnéticos variables a su alrededor. Aunque habitualmente no se aprovechan, estos campos contienen pequeñas cantidades de energía que pueden recuperarse mediante dispositivos adecuados.
El equipo dirigido por Paul Thibado, profesor de Física de la Universidad de Arkansas, ha desarrollado un sistema que utiliza un inductor basado en grafeno para captar parte de esa energía.
El prototipo está diseñado para trabajar con los campos magnéticos asociados a la frecuencia de 60 Hz, utilizada en la red eléctrica estadounidense. En España y buena parte de Europa, la frecuencia habitual es de 50 Hz, por lo que una aplicación equivalente requeriría comprobar y adaptar su funcionamiento a esas condiciones.
El proceso se desarrolla en varias etapas:
- Captación de energía. Un inductor fabricado con grafeno recoge energía del campo magnético variable producido por un conductor eléctrico cercano.
- Conversión eléctrica. La señal alterna obtenida pasa por un circuito electrónico que la rectifica y acondiciona.
- Almacenamiento. La electricidad se acumula en condensadores, que funcionan como pequeños depósitos de energía.
- Alimentación del sensor. La energía almacenada permite realizar mediciones de temperatura sin recurrir a una batería convencional.
La clave está en conseguir que la energía recuperada sea suficiente para compensar el consumo del dispositivo.
En este caso, los investigadores han diseñado un sensor que necesita cantidades extraordinariamente pequeñas de electricidad, lo que permite aprovechar una fuente energética que resultaría insuficiente para alimentar aparatos convencionales.
Un sensor que consume apenas nanovatios
Uno de los aspectos más interesantes del desarrollo es su reducido consumo eléctrico.
Un nanovatio equivale a una milmillonésima parte de un vatio. Para comprender la diferencia de escala, un dispositivo que consumiera continuamente 1 nanovatio necesitaría aproximadamente 0,00000876 kWh durante todo un año.
Esta cifra es una referencia matemática, no una medición específica del consumo anual del prototipo.
Los investigadores establecieron tres requisitos fundamentales para su sistema: obtener energía del entorno inmediato, funcionar con potencias del orden de los nanovatios y disponer de una arquitectura que permita una vida útil prolongada sin mantenimiento frecuente.
Según la Universidad de Arkansas, el prototipo cumple estos objetivos de diseño, aunque la posibilidad de mantenerlo operativo durante décadas todavía deberá demostrarse mediante ensayos de durabilidad.
La investigación también muestra cómo la eficiencia energética puede ser tan importante como la propia generación de electricidad. En lugar de intentar captar grandes cantidades de energía, el sistema reduce sus necesidades hasta poder funcionar con recursos energéticos mínimos.
Puede seguir funcionando cuando desaparece su fuente de energía
El dispositivo incorpora condensadores que almacenan parte de la electricidad recuperada.
Mientras existe un campo magnético adecuado, el circuito continúa acumulando energía. Si se interrumpe el suministro eléctrico que origina ese campo, el sensor puede recurrir temporalmente a la carga almacenada.
Paul Thibado explica que, con la configuración desarrollada, el sistema podría funcionar al menos 24 horas y posiblemente hasta una semana sin recibir nueva energía.
Esta autonomía constituye una estimación comunicada por el investigador, no una garantía de funcionamiento durante siete días en cualquier condición.
Además, los condensadores no ofrecen energía ilimitada. Su capacidad de mantener el sensor operativo depende de la carga disponible, la frecuencia de las mediciones y el consumo real de los circuitos electrónicos.
El prototipo también presenta una limitación importante: según la información técnica divulgada sobre el estudio, necesitó una carga inicial de los condensadores y la programación del procesador. Por tanto, todavía no se ha demostrado un arranque completamente autónomo desde un estado sin energía.
Por qué el grafeno resulta interesante para esta tecnología
El grafeno es un material formado por una estructura bidimensional de átomos de carbono. Sus propiedades eléctricas, mecánicas y térmicas lo convierten en un candidato atractivo para diferentes aplicaciones electrónicas.
En esta investigación, su función está relacionada con la fabricación del componente encargado de captar energía electromagnética.
El trabajo estudia inductores de grafeno y su integración con circuitos capaces de gestionar señales eléctricas extremadamente pequeñas.
Esto no significa que el grafeno genere electricidad por sí mismo ni que el sistema obtenga energía de la nada.
La electricidad procede del campo magnético variable creado por la corriente que circula por los cables. El grafeno forma parte del dispositivo que permite aprovechar esa energía.
También conviene precisar que la denominada radiación ambiental de este proyecto no es radiación nuclear ni radiactividad. Se trata de campos electromagnéticos asociados a instalaciones eléctricas.
La energía recuperada es muy pequeña y su aprovechamiento depende de factores como la intensidad del campo, la distancia al conductor y las características del captador.
Aplicaciones en agricultura, medio ambiente y edificios inteligentes
Aunque el prototipo desarrollado mide temperatura, los investigadores consideran que la tecnología podría extenderse a diferentes sistemas electrónicos de consumo ultrabajo.
Agricultura inteligente y control del suelo
Los sensores autónomos podrían utilizarse para registrar condiciones ambientales en explotaciones agrícolas, invernaderos e instalaciones de riego.
Una red de dispositivos que no necesitara cambios periódicos de baterías permitiría reducir las visitas de mantenimiento, especialmente cuando los sensores están instalados en lugares difíciles de alcanzar.
Sin embargo, para aplicaciones agrícolas alejadas de instalaciones eléctricas sería necesario incorporar otras fuentes de captación energética, como pequeños sistemas solares.
Monitorización ambiental
Otra posible aplicación sería la medición de variables ambientales mediante sensores distribuidos.
Estos equipos podrían integrarse en sistemas de vigilancia de temperatura, condiciones atmosféricas o funcionamiento de infraestructuras.
Su principal ventaja sería la posibilidad de mantener dispositivos de muy bajo consumo durante largos periodos sin intervenciones frecuentes.
Edificios y redes de sensores
En edificios, fábricas e instalaciones industriales existen numerosos conductores eléctricos que generan campos magnéticos durante su funcionamiento.
Aprovechar una pequeña parte de esa energía podría facilitar la instalación de sensores cerca de equipos eléctricos, conductos o sistemas de climatización.
No obstante, su viabilidad dependería de la energía realmente disponible en cada ubicación y de los requisitos de comunicación del sensor, que pueden ser superiores a los necesarios para realizar una simple medición.
Menos baterías, menos mantenimiento y menos residuos
El interés ambiental de esta tecnología no reside en producir grandes cantidades de electricidad.
Su verdadero potencial está en reducir la dependencia de baterías desechables o recargables en dispositivos electrónicos que consumen muy poca energía.
Cuando se despliegan numerosos sensores, sustituir periódicamente sus baterías implica utilizar materiales, fabricar componentes, organizar operaciones de mantenimiento y gestionar residuos al final de su vida útil.
Un sistema autónomo podría disminuir parte de estas necesidades.
Sin embargo, eliminar una batería no convierte automáticamente un dispositivo en sostenible. También deben considerarse la fabricación del grafeno, los componentes electrónicos, los condensadores y la vida útil efectiva del conjunto.
Para cuantificar el beneficio ambiental sería necesario realizar un análisis de ciclo de vida que comparase esta tecnología con sensores convencionales.
El siguiente objetivo: combinar varias fuentes de energía
El equipo de Paul Thibado no pretende limitarse a captar energía de los cables eléctricos.
Su objetivo es desarrollar sensores multimodales, capaces de aprovechar diferentes fuentes energéticas disponibles en el entorno.
Entre las alternativas investigadas o contempladas se encuentran la luz solar, las diferencias de temperatura, las vibraciones, el movimiento y los campos electromagnéticos.
Los investigadores ya habían desarrollado anteriormente sistemas de captación solar basados en grafeno para alimentar sensores de temperatura.
La combinación de tecnologías permitiría compensar algunas limitaciones de cada fuente energética.
Por ejemplo, un dispositivo podría utilizar energía solar durante el día y recurrir a vibraciones o campos electromagnéticos cuando disminuyera la iluminación, siempre que esas fuentes estuvieran presentes y aportaran suficiente potencia.
Esta estrategia resulta especialmente relevante para el denominado Internet de las cosas (IoT), donde millones de dispositivos recopilan información y la transmiten a otros sistemas.
Uno de los obstáculos para extender estas redes es precisamente la necesidad de alimentar y mantener una gran cantidad de pequeños equipos electrónicos.
Más de 60 entidades interesadas en probar la tecnología
La investigación también ha despertado interés empresarial.
La compañía NTS Innovations dispone de una licencia exclusiva para desarrollar comercialmente los sistemas de captación energética de grafeno.
Según la Universidad de Arkansas, más de 60 entidades han manifestado interés en probar la tecnología o colaborar en su integración en aplicaciones concretas.
La empresa participa en actividades relacionadas con patentes, desarrollo comercial, búsqueda de socios y evaluación de las necesidades de posibles clientes.
Esto no significa que los sensores ya estén disponibles comercialmente ni que su funcionamiento esté validado para todas las aplicaciones propuestas.
Todavía será necesario comprobar su rendimiento en condiciones reales, su capacidad de producción a escala industrial, los costes de fabricación y su fiabilidad a largo plazo.
Una nueva forma de aprovechar la energía que ya existe
La investigación demuestra que es posible alimentar determinados dispositivos electrónicos utilizando pequeñas cantidades de energía presentes en su entorno.
Aunque la potencia recuperada es demasiado reducida para aplicaciones convencionales, puede resultar suficiente para sensores diseñados específicamente para trabajar con consumos mínimos.
El desarrollo también plantea un cambio interesante en el diseño de la electrónica: en lugar de depender exclusivamente de baterías cada vez más pequeñas, los dispositivos podrían combinar circuitos de consumo ultrabajo con sistemas capaces de recuperar energía localmente.
Si estas soluciones consiguen superar las pruebas de fiabilidad y comercialización, podrían contribuir a reducir el mantenimiento y los residuos asociados a futuras redes de sensores.
El avance no consiste en generar electricidad ilimitada, sino en aprovechar pequeñas fuentes de energía que hasta ahora tenían escasa utilidad práctica.
Vía: Universidad de Arkansas, comunicado del 23 de octubre de 2026.
Más información: Graphene powerline energy harvester powers a batteryless sensor, publicado en Journal of Vacuum Science & Technology B (2026). DOI: 10.1116/6.0005814.
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