Fabricación de microbaterías con electrodos uno al lado del otro sobre oblea de silicio. Crédito:Fraunhofer IZM
Hay una nueva tecnología que se apodera de los mercados del futuro:la tecnología para llevar. Usables, como se les conoce, son sistemas portátiles que contienen sensores para recopilar datos de medición de nuestro cuerpo. Alimentar estos sensores sin cables requiere baterías flexibles que puedan adaptarse al material específico y entregar la energía que requiere el sistema. Las microbaterías desarrolladas por el Instituto Fraunhofer de Confiabilidad y Microintegración IZM proporcionan la base técnica para esta nueva tendencia tecnológica.
En medicina, Los dispositivos portátiles se utilizan para recopilar datos sin molestar a los pacientes mientras realizan sus actividades diarias:para registrar ECG a largo plazo, por ejemplo. Dado que los sensores son ligeros, flexible y disimulado en la ropa, esta es una forma conveniente de controlar los latidos del corazón de un paciente. La tecnología también tiene aplicaciones más cotidianas:bandas de fitness, por ejemplo, que miden los pulsos de los corredores mientras corren. Existe un enorme potencial de crecimiento en el sector de los wearables, que se espera que alcance un valor de mercado de 72.000 millones de euros en 2020.
Cómo alimentar estos accesorios inteligentes plantea un desafío técnico importante. Existen consideraciones técnicas (durabilidad y densidad de energía), pero también requisitos de materiales como peso, flexibilidad y tamaño, y estos deben combinarse con éxito. Aquí es donde entra Fraunhofer IZM:los expertos del instituto han desarrollado un prototipo para una pulsera inteligente que, bastante literal, recopila datos de primera mano. La pieza técnica de resistencia de la correa de silicona son sus tres baterías verdes relucientes. Con una capacidad de 300 miliamperios hora, estas baterías son las que suministran energía a la pulsera. Pueden almacenar energía de 1,1 vatios hora y perder menos del tres por ciento de su capacidad de carga por año. Con estos parámetros, el nuevo prototipo tiene una capacidad mucho mayor que las bandas inteligentes disponibles en el mercado hasta ahora, lo que le permite suministrar energía incluso a los dispositivos electrónicos portátiles más exigentes. La capacidad disponible es suficiente para potenciar un reloj inteligente convencional sin pérdida de tiempo de ejecución. Con este tipo de estadísticas, el prototipo supera a productos establecidos como relojes inteligentes, en el que la batería solo está incorporada en la carcasa del reloj y no en la correa.
Baterías de iones de litio de tamaño milimétrico con electrodos interdigitales. Crédito:Fraunhofer IZM, Volker Mai
Éxito a través de la segmentación
Robert Hahn, un investigador en el departamento de Fraunhofer IZM para RF y sistemas de sensores inteligentes, explica por qué la segmentación es la receta del éxito:"Si hace que una batería sea extremadamente flexible, tendrá una densidad de energía muy baja, por lo que es mucho mejor adoptar un enfoque segmentado ".
En lugar de hacer que las baterías sean extremadamente flexibles a costa de la densidad de energía y la confiabilidad, el instituto se centró en el diseño de baterías muy pequeñas y potentes y en una tecnología de montaje optimizada. Las baterías son flexibles entre segmentos. En otras palabras, la pulsera inteligente es flexible y, al mismo tiempo, retiene mucha más potencia que otras pulseras inteligentes disponibles en el mercado.
Banda de microbatería mecánicamente flexible hecha de celdas de batería segmentadas. Crédito:Fraunhofer IZM
Soluciones a la medida del cliente
En su desarrollo de baterías para wearables, Fraunhofer IZM combina nuevos enfoques y años de experiencia con un proceso de desarrollo adaptado al cliente:"Trabajamos con empresas para desarrollar la batería adecuada para ellas, "explica el ingeniero eléctrico graduado. El equipo consulta de cerca con los clientes para elaborar los requisitos energéticos. Adaptan cuidadosamente parámetros como la forma, Talla, Voltaje, capacidad y potencia y los combinó para formar un concepto de fuente de alimentación. El equipo también realiza pruebas específicas para el cliente.
Yeso inteligente para medir el sudor
En 2018, el instituto comenzó a trabajar en una nueva tecnología portátil, el yeso inteligente. Junto con el fabricante suizo de sensores Xsensio, Este proyecto patrocinado por la UE tiene como objetivo desarrollar una tirita que pueda medir y analizar directamente el sudor del paciente. Esto se puede utilizar para sacar conclusiones sobre el estado de salud general del paciente. En todo caso, tener un conveniente, La herramienta de análisis en tiempo real es la forma ideal de rastrear y monitorear mejor los procesos de curación. Fraunhofer IZM es responsable de desarrollar el concepto de diseño y el sistema de suministro de energía para los sensores de medición del sudor. El plan es integrar sensores que sean extremadamente planos, ligero y flexible. Esto requerirá el desarrollo de varios conceptos nuevos. Una idea, por ejemplo, sería un sistema de encapsulación hecho de lámina compuesta de aluminio. Los investigadores también deben asegurarse de seleccionar materiales que sean económicos y fáciles de desechar. Después de todo, un yeso es un producto desechable.
