Investigadores de la Universidad de Washington inventan innovador dispositivo portátil que puede aprovechar el calor corporal para generar su propia energía

Actualizado: 15/09/2024

Un grupo de investigadores de la Universidad de Washington (UW) ha desarrollado un innovador dispositivo portátil y elástico que puede convertir el calor corporal en energía eléctrica para alimentar pequeños aparatos electrónicos, como baterías, sensores o LEDs. Este avance tiene un enorme potencial para mejorar la sostenibilidad y reducir la dependencia de baterías tradicionales en dispositivos portátiles.

• Dispositivo de la UW convierte calor corporal en energía para pequeños dispositivos.
• Flexible, resistente a perforaciones y estiramientos.
• Usa semiconductores termoeléctricos y metales líquidos para generar electricidad.
• Aplicaciones en wearables y electrónica que genera calor, como centros de datos.
• Potencial para enfriar o calentar superficies.
• Financiado por NSF, Meta y Boeing.

Dispositivo portátil y flexible que se alimenta con el calor corporal

Uno de los principales inconvenientes de los dispositivos portátiles, como los rastreadores de actividad física, es la duración limitada de sus baterías. Sin embargo, con este desarrollo, el equipo de investigación ha dado un paso significativo hacia un futuro donde la tecnología portátil pueda alimentarse de manera autónoma utilizando el calor corporal.

Este dispositivo no solo es flexible y resistente, sino que sigue funcionando incluso después de ser perforado varias veces y estirado hasta 2.000 veces.

El profesor asistente de ingeniería mecánica de la UW, Mohammad Malakooti, quien lidera el proyecto, explicó que la idea surgió hace tiempo.

«Cuando colocas este dispositivo en tu piel, utiliza el calor de tu cuerpo para encender un LED. En cuanto te lo pones, la luz se enciende. Esto antes no era posible«, afirmó Malakooti.

Diseño innovador y materiales avanzados

A diferencia de los dispositivos tradicionales que generan electricidad a partir del calor, que suelen ser rígidos y frágiles, este nuevo prototipo es altamente flexible y suave, lo que le permite adaptarse a la forma del brazo de una persona.

El equipo diseñó el dispositivo desde cero, utilizando simulaciones para determinar la mejor combinación de materiales y estructuras.

El dispositivo está compuesto por tres capas principales:

• Semiconductores termoeléctricos que convierten el calor en electricidad.
• Compuestos 3D impresos con baja conductividad térmica que rodean los semiconductores, optimizando la conversión de energía y reduciendo el peso del dispositivo.
• Metales líquidos impresos que conectan los semiconductores, proporcionando elasticidad, conductividad y capacidad de autorreparación eléctrica.

Además, las capas exteriores están impregnadas de gotas de metal líquido para mejorar la transferencia de calor a los semiconductores. Este metal permanece líquido a temperatura ambiente, lo que mantiene la flexibilidad del dispositivo.

Aplicaciones más allá de los dispositivos portátiles

Si bien el enfoque inicial del proyecto está en los dispositivos portátiles, como rastreadores de actividad o prendas inteligentes, las posibilidades de esta tecnología son amplias. Malakooti sugiere que estos dispositivos también podrían ser útiles en la electrónica que genera calor, como en centros de datos.

«Imagina colocar estos dispositivos en equipos electrónicos calientes y usar ese calor sobrante para alimentar pequeños sensores. Esto podría ser especialmente útil en centros de datos, donde los servidores y equipos de computación consumen grandes cantidades de electricidad y generan calor«, añadió Malakooti.

Este enfoque tiene ventajas ecológicas y sostenibles, ya que permite crear sistemas autónomos que monitorean las condiciones ambientales sin necesidad de cambiar baterías ni agregar cableado adicional, reduciendo el consumo energético total.

Además, los dispositivos pueden funcionar en sentido inverso, es decir, se les puede añadir electricidad para que enfríen o calienten superficies, lo que abre nuevas posibilidades para aplicaciones futuras.

Futuras aplicaciones en realidad virtual

Otro de los posibles usos de esta tecnología está relacionado con los sistemas de realidad virtual y otros accesorios portátiles que podrían generar sensaciones de calor y frío en la piel.

Aunque aún no han llegado a este punto, los investigadores esperan que, en el futuro, la tecnología se pueda integrar en dispositivos que proporcionen una experiencia táctil más inmersiva.

Este dispositivo promete ser un gran avance para el mundo de la tecnología portátil y otros sectores que buscan soluciones sostenibles. Además de mejorar la eficiencia energética, tiene el potencial de ofrecer mayor confort y reducir el impacto ambiental asociado al uso de baterías convencionales.

Implicaciones para la sostenibilidad y el medio ambiente

Este desarrollo tiene implicaciones directas para quienes están interesados en la sostenibilidad y las energías renovables. La capacidad de transformar el calor corporal en energía no solo ofrece una solución eficiente para alimentar dispositivos electrónicos pequeños, sino que también representa un avance hacia el uso de energías limpias y renovables.

Dispositivos como este podrían ayudar a reducir la dependencia de fuentes de energía tradicionales, disminuyendo así el impacto ambiental.

En aplicaciones industriales, como los centros de datos mencionados, el uso de este tipo de dispositivos podría reducir significativamente el consumo de electricidad, lo que es clave en la lucha contra el cambio climático. Capturar el calor generado por los equipos y reutilizarlo para alimentar sensores es un paso hacia una gestión más inteligente y ecológica de la energía.

Este tipo de innovaciones están alineadas con los objetivos de sostenibilidad y pueden ser de interés para empresas y personas que buscan formas de minimizar su huella de carbono y aprovechar fuentes de energía alternativas.

Este trabajo pionero ha sido realizado por un equipo interdisciplinario de la Universidad de Washington, incluidos estudiantes de doctorado y académicos postdoctorales.

La investigación ha sido financiada por importantes organizaciones como la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (NSF), Meta y Boeing, lo que subraya el interés en este tipo de tecnologías por parte de sectores tanto públicos como privados.

Este dispositivo no solo representa un avance técnico, sino también un ejemplo de cómo la ciencia y la tecnología pueden contribuir a un futuro más sostenible.

Vía www.washington.edu

Ventajas de la tecnología

1. Energía sostenible: Utiliza el calor corporal para generar electricidad, lo que reduce la necesidad de baterías tradicionales y promueve el uso de energías limpias y renovables.
2. Reducción de residuos: Al no depender de baterías desechables o recargables, se disminuye la generación de residuos electrónicos y la contaminación asociada.
3. Flexibilidad y adaptabilidad: El dispositivo es flexible, suave y elástico, lo que le permite adaptarse cómodamente a la forma del cuerpo humano, mejorando la experiencia del usuario.
4. Durabilidad: El dispositivo sigue funcionando incluso después de ser perforado varias veces o estirado hasta 2.000 veces, lo que lo hace resistente y confiable para un uso prolongado.
5. Aplicaciones diversas: Además de su uso en dispositivos portátiles, la tecnología tiene potencial en aplicaciones industriales, como la reutilización del calor en centros de datos para alimentar sensores.
6. Reducción del consumo energético: En aplicaciones industriales, puede ayudar a reducir el consumo de electricidad aprovechando el calor generado por equipos electrónicos.
7. Autorreparación eléctrica: Gracias a los metales líquidos utilizados en su diseño, el dispositivo tiene la capacidad de repararse a nivel eléctrico, prolongando su vida útil sin necesidad de mantenimiento frecuente.
8. Potencial en tecnología inmersiva: Puede abrir la puerta a nuevas experiencias en dispositivos de realidad virtual, proporcionando sensaciones de calor o frío, lo que mejora la interacción táctil.

Desventajas de la tecnología

1. Generación limitada de energía: El dispositivo solo puede generar pequeñas cantidades de energía, lo que limita su uso a aparatos electrónicos pequeños, como LEDs o sensores. No es adecuado para alimentar dispositivos más grandes o que requieran más energía.
2. Tecnología en fase inicial: Aunque el prototipo es prometedor, aún se encuentra en fases de investigación y desarrollo. El despliegue comercial a gran escala puede tardar en concretarse.
3. Costos de producción: La fabricación de estos dispositivos puede ser costosa, especialmente debido al uso de materiales avanzados como los metales líquidos y los semiconductores 3D. Esto podría dificultar su accesibilidad a corto plazo.
4. Dependencia de la temperatura ambiente: La eficacia del dispositivo depende del calor corporal y de la temperatura ambiente. En ambientes fríos, su capacidad para generar energía podría reducirse.
5. Limitaciones en aplicaciones reversibles: Aunque tiene potencial para usarse en aplicaciones de calefacción y enfriamiento, esta función aún no está completamente desarrollada, lo que limita su uso en escenarios más amplios.
6. Escalabilidad: Dado que el dispositivo está diseñado para generar energía a partir del calor corporal, escalar esta tecnología para alimentar equipos más grandes o aplicaciones industriales más exigentes podría ser un desafío.
7. Fragilidad potencial de algunos componentes: Aunque es resistente a estiramientos y perforaciones, algunos de sus componentes, como los semiconductores termoeléctricos, podrían ser más frágiles en ciertos escenarios o ante ciertos tipos de daño.