Dispositivos auto-alimentados eléctricamente

Imagine un teléfono móvil auto-alimentado que nunca necesita ser cargado, ya que convierte las ondas sonoras producidas por el usuario en la energía que necesita para seguir funcionando. Esta idea no es tan descabellada como puede parecer gracias a un equipo de ingenieros de la Universidad de Texas dirigidos por el profesor Cagin Tahir, del Departamento de Ingeniería Química, cuya investigación revolucionará el campo de la auto-alimentación en dispositivos.

Utilizando materiales conocidos en los círculos científicos como “piezoeléctricos”, el grupo de investigación se centró en el campo de la nanotecnología, realizando un importante descubrimiento en el área de la captación de energía, un campo que tiene por objeto desarrollar dispositivos auto-alimentados que no requieran de un suministro de energía reemplazable, por ejemplo, como las baterías.

En concreto, el profesor Cagin y sus socios de la Universidad de Houston descubrieron que un cierto tipo de material piezoeléctrico puede encubrirse de la energía en un 100 por ciento de aumento cuando son fabricados en un tamaño muy pequeño, en este caso, alrededor de 21 nanómetros de espesor. Es más, cuando los materiales se construyen más grandes o más pequeños de este tamaño, muestra una disminución significativa de energía en su capacidad de conversión.

Las conclusiones de la investigación, que se detallan en un artículo publicado este otoño en “Physical Review B”, la revista científica de la American Physical Society, hacen referencia los ingenieros que potencialmente podría tener profundos efectos positivos en dispositivos electrónicos auto-suficientes de baja potencia, como teléfonos móviles, computadoras portátiles, comunicadores personales y una serie de otros relacionados con los dispositivos de computadoras utilizados por todo el mundo, desde el consumidor medio a funcionarios encargados de hacer cumplir la ley e incluso soldados en el campo de batalla.

Muchos de estos dispositivos de alta tecnología contienen componentes que se miden en nanómetros, una microscópica unidad de medida que representa a una milmillonésima de un metro. Los átomos y las moléculas se miden en nanómetros, haciendo un cálculo un cabello humano tiene aproximadamente 100.000 nanómetros de ancho.

La duración de la batería sigue siendo una gran preocupación popular en los reproductores de mp3 y teléfonos móviles, que son requeridos para llevar a cabo un número cada vez mayor de funciones. Pero más allá de la mera conveniencia del consumidor, la libre alimentación en dispositivos son de un gran interés para varias agencias federales de seguridad.

La Agencia de Proyectos de Investigación de Defensa Avanzada, ha estudiado los métodos por el cual los soldados sobre el terreno pueden generar energía para sus equipos portátiles a través de simplemente el caminar. Y los sensores (tales como los utilizados para detectar explosivos), podrían beneficiarse en gran medida de una auto-alimentación, ofrenciendo una tecnología que reduciría la necesidad de pruebas y sustitución de baterías. Incluso los anti-disturbios de la policía, a través de ondas de sonido, tales como ondas de presión en gases, líquidos y sólidos podrían ser aprovechados para la auto-alimentación en nano y micro dispositivos del futuro si estos materiales son procesados y fabricados adecuadamente para este propósito.

La clave de esta tecnología, es su potencial piezoeléctrico, los cuales son materiales (por lo general, cristales o cerámica) que generan tensión, cuando alguna forma de estrés mecánico se aplica. Por el contrario, demuestran un cambio en sus propiedades físicas cuando se aplica un campo eléctrico. Las propiedades piezoeléctricas fue descubierta por científicos franceses en la década de 1880, por lo que no es un concepto nuevo, de hecho se utilizó por primera vez en los dispositivos de sonar durante la Primera Guerra Mundial. Hoy en día se pueden encontrar en los micrófonos, relojes de cuarzo y encendedores de cigarrillos en automóviles, en estos, al pulsar el botón causa un ligero impacto en un cristal piezoeléctrico que, a su vez produce suficiente tensión para crear una chispa y encender el gas.

Si bien los avances en las aplicaciones siguen evolucionando, el trabajo piezoeléctrico a nanoescala es un esfuerzo relativamente nuevo, con diferentes y complejos aspectos a considerar. Por ejemplo, imagine que el trabajo de un material con el tamaño y la forma de un teléfono es puesto a tratar con el mismo material del tamaño de un pelo, cuando este tipo significativo de cambio se produce en escala, los materiales reaccionan de manera diferente. En este caso, algo del tamaño de un cabello es mucho más flexible y susceptible a los cambios de su entorno. Estos tipos de cambios han de ser tenidos en consideración a la hora de llevar a cabo investigaciones a esta escala.

En la actualidad el equipo de ingenieros están estudiando las leyes básicas de la naturaleza como la física y tratando de aplicar en términos de desarrollo, mejores materiales y desempeño en la ingeniería, además de buscar productos químicos en las constituciones y las composiciones físicas, así como la forma de manipular estas estructuras a fin de que se pueda mejorar el rendimiento de estos materiales.

Más información: Texas A&M University