Desde que Edison inventó la bombilla eléctrica, los científicos han continuado buscando mejores maneras de proporcionarle energía. Esta investigación ha ido en dos sentidos tecnológicamente hablando: la energética y la electrónica. La búsqueda por mejores fuentes de energía ha llevado a servicios eléctricos a gran escala, baterías recargables, y dispositivos para poder almacenar energía renovable del mundo que nos rodea, como por ejemplo turbinas de viento y paneles solares.
En el mundo de la electrónica, los desarrolladores están continuamente mirando por dispositivos más potentes pero que sean más baratos y utilicen menos energía que sus tecnologías predecesoras. ¿Qué pasaría su pudiéramos producir electricidad de la energía que generamos por solo estar vivo? Imagina si pudieras mantener tu teléfono móvil cargado solamente chasqueando los dedos mientras escuchas una canción o llevando un gorro con un circuito que detecta tus pulsos.
Aunque parezca ciencia ficción, los nanogeneradores nos están trayendo tal fuente de energía a la realidad.
Un nanogenerador es el término que los investigadores usan para describir un pequeño chip electrónico que puede usar movimientos mecánicos de un cuerpo, como por ejemplo el chasquido de nuestros dedeos, para generar electricidad. El chip tiene integrado un circuito que va sobre una superficie flexible, similar a los componentes de una placa de circuito impreso dentro de un ordenador.
Como dice el propio término, estos generadores son una pieza de nanotecnología, o tecnología tan pequeña que su tamaño es medido en nanómetros (una billonésima de metro). Por lo tanto, incluso el más potente y complejo nanogenerador que existe hoy en día, es lo suficientemente pequeño como para ser sostenido por solo dos dedos.
Los componentes claves dentro de un nanogenerador son los nanocables o una estructura similar hecha de un material de cerámica piezoeléctrica. Los materiales piezoeléctricos pueden generar una corriente eléctrica simplemente por ser doblados o estirados. Cientos de estos nanocables pueden ser agrupados unos junto a otros en menos espacio que el grosor de un cabello humano.
En esta escala y con la flexibilidad combinada de los componentes en los nanogeneradores, incluso el más mínimo movimiento puede generar una corriente eléctrica.
Aparte de ser increíblemente pequeños y con una buena respuesta, los nanogeneradores son cada vez más potentes. Hace bien poco (a fecha de escribir este artículo 12/05/2011) los investigadores midieron la salida de cinco nanogeneradores agrupados entre si. Este pequeño paquete produjo una corriente de más o menos un microamperio, lo cual produjo tres voltios de energía – lo mismo que dos pilas del tipo AA. Una de las preguntas que nos surgen con esto es qué aplicaciones tienen los nanogeneradores que podrán cambiar nuestra vida. Lo cierto es que lo primero es interesante ver un poco que hay detrás de esta tecnología.
En la película “Matrix”, unas formas de vida basadas en ordenadores han esclavizado la raza humana y utilizan sus cuerpos como forma de energía (baterías que pueden ser recargadas pero no de forma indefinida), de forma similar a como lo hacemos con las pilas de un mando de control remoto. Aunque esta película sea de ciencia ficción, los investigadores que desarrollan los nanogeneradores están encontrando una realidad en como conseguir obtener energía de nuestro cuerpo para poder hacer funcionar dispositivos electrónicos.
Por más de una década se ha estado trabajando para producir circuitos extremadamente pequeños que puedan generar energía eléctrica. Los proyectos de nanotecnología crean elementos tan pequeños, que los investigadores tienen que usar microscopios para ver en los que están trabajando, e instrumentos que puedan crear y manipular componentes electrónicos microscópicos y medirlos. Diferentes grupos han experimentado con varios materiales piezoeléctricos durante su exploración en el mundo de los nanogeneradores. Ahora sabemos que estos materiales son la clave de un nanogenerador y sin ellos sería mucho más lento el progreso de estos elementos.
Componentes de un minigenerador con nanotecnología
Un nanogenerador, algunas veces referido como un minigenerador, consiste en un circuito integrado con componentes hechos de silicona y cerámica piezoeléctrica, contactos a una superficie flexible llamada substrato. Mientras que la fuerza y otras propiedades del substrato son importantes en la ingeniería del nanogenerador, la parte realmente interesante ocurre en la circuitería.
En la superficie usando solamente nuestra vista, podemos ver una serie de líneas y ventanas que parece una imagen plana en dos dimensiones. Sin embargo, una mirada con microscopio debajo de las capas externas de este chip flexible, nos revela una imagen en tres dimensiones totalmente diferente. La electricidad es generada en el material piezoeléctrico. Se desarrolló lo que se llama nanowires o nanocables. Cada uno de estos minúsculos cables puede tener entre cien o 300 nanómetros de diámetro. Por ello, es acertado comparar el tamaño que tienen con el cabello humano.
En los minigeneradores por nanotecnología más recientes, se añade un conjunto de nanocables al substrato y se pone un electrodo de silicona al otro lado del cable. El electrodo tiene una forma ondulante o serpenteada en su superficie. Cuando una pequeña presión física es aplicada al nanogenerador, cada nanocable se flexiona y genera una carga eléctrica. El electrodo captura esa carga y la transporta a través del resto del circuito de este minigenerador.
Todo el dispositivo puede tener varios electrodos capturando energía de millones de estos minúsculos cables. De todos modos, se han realizado diferentes acercamientos a este tipo de nanogenerador, y la forma de enlace de estos cables se puede hacer de varias formas.
Hay otra modalidad donde se utiliza cinta para formar estos microscópicos dibujos en una superficie. Se realiza formando estas cintas en una superficie de óxido de magnesio y luego retirándolas usando ácido fosfórico. Entonces “colocan” estas nanocintas en una superficie de goma elástica que al ser tensada, enlaza las cintas perfectamente sin romperlas. Cuando estas cintas se doblan, sus movimientos generan electricidad, lo cual hacen sin llegar a dañarse o a romperse.
Construir estos dispositivos con la premisa básica de formar cables flexibles de material piezoeléctrico, ha hecho que los investigadores hayan estudiado maneras de conseguir más energía en cada nuevo diseño. ¿Para que nos podrían servir estos nanogeneradores?
Los médicos necesitan tecnologías para poder alimentar algunos dispositivos que se implantan en pacientes para regular o monitorizar la salud del individuo. Algunos ejemplos de este tipo de dispositivos son los marcapasos y algunos sistemas de control de glucosa. Dispositivos implantados nos llegan con un desafío heredado: se gastan con el tiempo o requieren que las baterías sean reemplazadas. Al usar nanogeneradores, los médicos podrían implantar una nueva generación de estos dispositivos con la capacidad de durar mucho y sin ser invasivo para el organismo.
Tales dispositivos podrían almacenar la energía de movimientos involuntarios como un latido de corazón o la respiración. Dicho de otra manera, nuestro cuerpo mantendría activo un dispositivo que nos ayuda a mantenernos vivos y sanos. Al usar materiales no tóxicos, como son los piezoeléctricos, no hay peligro de rechazos o problemas.
Aparte de los anterior, se piensa que los teléfonos móviles, iPods, y otros tipos de dispositivos similares. Al ser estos minigeneradores tan pequeños, se podrían fácilmente colocar en la ropa, por lo un iPod por ejemplo, podría utilizar el pulso de la persona para mantener la batería cargada. Se espera que este tipo de tecnología esté entre nosotros en los próximos años.
Otra ventaja que se espera de estos generadores revolucionarios, es su impacto potencialmente positivo en el medioambiente. Los nanogeneradores utilizan una fuente de energía renovable: la energía cinética de los movimientos de nuestro cuerpo.
Están creados de materiales más amigables con el entorno que las baterías corrientes, y tienen el potencial de reducir los residuos asociados con la producción de baterías. Aun así, el impacto es pequeño debido al tamaño y la limitada energía de estos minigeneradores. Con el tiempo, se piensa que incluso podrían alimentar ordenadores portátiles.
Los nanogeneradores probablemente no reemplacen a las baterías, al menos en un futuro cercando. Todavía se necesitarán baterías de respaldo para los dispositivos con los cuales no estamos en contacto directo habitualmente, como por ejemplo los despertadores. Por otra parte, también queremos asegurarnos de que algunos dispositivos continúan funcionando bien incluso cuando no los estamos manipulando, como puede ser nuestro iPhone. Puede que en el futuro, los fabricantes podrán crear nanogeneradores con algún tipo de sistema de batería recargable mejorar las características y funciones de este dispositivo, y respetando el medioambiente.
