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  • Power Walk This Way:los científicos desarrollan un dispositivo que aprovecha la energía de los movimientos cotidianos

    Las cintas PZT que cubren este minúsculo chip de goma tienen la capacidad de aprovechar la energía generada por los movimientos corporales. [Crédito:Nano Letters]

    (PhysOrg.com) - Estas botas están hechas para caminar ... ¿y para encender tu teléfono celular? Podría ocurrir, dice un equipo de científicos de Princeton y Caltech. En un artículo reciente en la revista Nano letras , informan que han desarrollado un chip de goma innovador que tiene la capacidad de recolectar energía de movimientos como caminar, corriendo, y respirar y convertirlo en una fuente de energía.

    Marque uno para el cuerpo eléctrico.

    "Abre muchas posibilidades, "dice el estudiante graduado de Caltech Habib Ahmad, un coautor del artículo. "Todos disipamos energía a medida que movemos nuestros cuerpos, y posiblemente esa energía se podría poner a trabajar cargando pequeños dispositivos electrónicos como un iPod o un teléfono celular ".

    La clave de este desarrollo es una clase de materiales conocidos como piezoeléctricos, que son sustancias, principalmente cristalinas y cerámicas, que responden al estrés o la tensión produciendo una carga, esencialmente convirtiendo energía mecánica en energía eléctrica. ("Piezo" deriva de una palabra griega, significa apretar o ejercer presión.)

    "Los piezoeléctricos han existido por un tiempo, "dice Ahmad." El natural más conocido y más utilizado es el cuarzo ". Los de cerámica, muchos de ellos hechos por el hombre, a menudo producen más voltaje cuando están estresados, pero mantener ese nivel de voltaje alto generalmente requiere que se cultiven en una superficie dura, o sustrato. Eso limita la flexibilidad con que pueden responder a la presión generada por, decir, un brazo oscilante o un pie que pisa.

    Ahmad está actualmente trabajando para obtener su doctorado en el laboratorio del profesor Gilloon de Caltech y profesor de química James Heath, donde está desarrollando micro y nanodispositivos —instrumentos ultrapequeños— que pueden ayudar a detectar y diagnosticar ciertos tipos de cáncer. Se involucró en un precursor de la investigación piezoeléctrica hace un par de años cuando colaboró ​​con el postdoctorado de Heath Michael McAlpine para probar una nueva técnica que McAlpine había ideado para transferir nanocables de silicio de un sustrato inflexible a uno de plástico.

    "Básicamente, Mike quería saber si estos cables seguirían generando alto voltaje en una superficie flexible, "dice Ahmad" La construcción de circuitos electrónicos y sensores en plásticos flexibles es un campo bastante nuevo, pero es uno que ha generado mucho interés. Así que construí una cámara que le permitió a Mike controlar qué gases estaban expuestos al chip y en qué concentraciones, para que podamos detectarlos con sensores a nanoescala, y configuré toda la electrónica de medición y escribí un software de recopilación de datos ".

    En verano de 2008, McAlpine se convirtió en profesor asistente en Princeton, donde extendió las técnicas que había desarrollado en Caltech a materiales piezoeléctricos. Su equipo se convirtió en el primero en fabricar tiras de minutos, o nanocintas, de un piezoeléctrico cerámico particularmente potente, titanato de circonato de plomo (PZT), y transferirlos con éxito a un sustrato de caucho de silicona.

    "Mike me pidió que lo ayudara a probar el material en una oblea dura para establecer un voltaje de referencia, "dice Ahmad. Él diseñó y produjo los dibujos técnicos de las cámaras utilizadas para probar los cables PZT, probado el circuito de recopilación de datos, y trabajó en las cifras para el papel. Una vez que se completaron esas pruebas y los cables se transfirieron a la superficie flexible, "El equipo de Mike midió el voltaje de nuevo y prácticamente no encontró degradación en los niveles de voltaje".

    "Lo que hizo que este último resultado fuera particularmente emocionante, "dice Ahmad, "es que un material piezoeléctrico asentado sobre un sustrato de goma es lo suficientemente maleable como para llevarlo con relativa comodidad en el zapato o como una banda para el sudor alrededor del brazo". Y como el PZT genera energía casi 100 veces más eficazmente que el cuarzo, "Tiene la capacidad de aprovechar los movimientos naturales del cuerpo a lo largo del día".

    Más allá de la atractiva perspectiva de bailar por la casa para encender tu iPod, hay aplicaciones más serias en el horizonte. "El ejército ha mostrado mucho interés en utilizar piezoeléctricas para aprovechar la energía, "Dice Ahmad, y de hecho ya ha experimentado con implantes de calzado piezoeléctricos que, lamentablemente, resultaron ser demasiado incómodos para que los soldados los usaran durante un período de tiempo prolongado. Los chips de goma PZT bien podrían resolver el problema de la comodidad, pero los investigadores enfatizan que hay más trabajo por hacer antes de que su invención pueda ser utilizada en la práctica a gran escala en las fuerzas armadas o en otros lugares.

    "En este momento, básicamente tenemos un chip de un centímetro con aproximadamente 1, 000 cables empaquetados juntos, Ahmad dice. "Ese es un uso muy eficiente del espacio, pero la energía que se produce sigue siendo relativamente mínima. Pero no hay ninguna razón tecnicamente hablando, por qué esto no se puede escalar a un área de superficie del orden de 2 por 2 pulgadas, ”En ese momento puede comenzar a buscar aplicaciones del mundo real.

    Aunque los materiales piezoeléctricos no son el campo principal de Ahmad, ha disfrutado de la atención que han generado los matices biónicos de la investigación (este es el quinto artículo del que es coautor y el tercero con McAlpine). Es más, como científico preocupado por la aplicación de la nanotecnología a la biomedicina, está particularmente interesado en el potencial del trabajo allí. "Dado que estos chips están recubiertos de silicona, que generalmente se reconoce que no es tóxico para los humanos, existe la posibilidad de implantar algún día estos dispositivos dentro del cuerpo ".

    Una posibilidad, dicen los científicos, es que el movimiento pulmonar generado por la respiración podría potencialmente "aprovecharse para cargar la batería de un marcapasos, aumentando así el tiempo requerido entre las cirugías de reemplazo de batería para los pacientes ".

    "Ahora, todavía estamos trabajando en la tecnología fundamental, ”Dice Ahmad. "Pero las perspectivas a largo plazo son muy interesantes".


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