Los ingenieros del MIT han creado una nueva película de polímero que puede generar electricidad utilizando una fuente ubicua:el vapor de agua.
El nuevo material cambia de forma después de absorber pequeñas cantidades de agua evaporada, lo que le permite curvarse repetidamente hacia arriba y hacia abajo. Aprovechar este movimiento continuo podría impulsar extremidades robóticas o generar suficiente electricidad para alimentar dispositivos micro y nanoelectrónicos, como sensores ambientales.
"Con un sensor alimentado por batería, tienes que reemplazarlo periódicamente. Si tiene este dispositivo, puede recolectar energía del medio ambiente para no tener que reemplazarla con mucha frecuencia, "dice Mingming Ma, un postdoctorado en el Instituto David H. Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT y autor principal de un artículo que describe el nuevo material en la edición del 11 de enero de Ciencias .
"Estamos muy entusiasmados con este nuevo material, y esperamos que a medida que logremos una mayor eficiencia en la conversión de energía mecánica en electricidad, este material encontrará aplicaciones aún más amplias, "dice Robert Langer, el profesor del Instituto David H. Koch del MIT y autor principal del artículo. Esas aplicaciones potenciales incluyen a gran escala, generadores de vapor de agua, o generadores más pequeños para alimentar dispositivos electrónicos portátiles.
Otros autores del artículo de Science son el postdoctorado del Instituto Koch Liang Guo y Daniel Anderson, el Profesor Asociado Samuel A. Goldblith de Ingeniería Química y miembro del Instituto Koch y del Instituto de Ingeniería y Ciencia Médica del MIT.
Cosecha de energía
La nueva película está hecha de una red entrelazada de dos polímeros diferentes. Uno de los polímeros, polipirrol, forma una matriz dura pero flexible que proporciona soporte estructural. El otro polímero, poliol-borato, es un gel suave que se hincha cuando absorbe agua.
Los esfuerzos anteriores para hacer películas sensibles al agua han utilizado solo polipirrol, que muestra una respuesta mucho más débil por sí solo. "Al incorporar los dos tipos diferentes de polímeros, puedes generar un desplazamiento mucho mayor, así como una fuerza más fuerte, "Dice Guo.
La película recolecta la energía que se encuentra en el gradiente de agua entre ambientes secos y ricos en agua. Cuando la película de 20 micrómetros de espesor se encuentra sobre una superficie que contiene incluso una pequeña cantidad de humedad, la capa inferior absorbe el agua evaporada, obligando a la película a curvarse lejos de la superficie. Una vez que la parte inferior de la película esté expuesta al aire, libera rápidamente la humedad, saltos mortales hacia adelante, y comienza a acurrucarse de nuevo. A medida que se repite este ciclo, el movimiento continuo convierte la energía química del gradiente de agua en energía mecánica.
Tales películas podrían actuar como actuadores (un tipo de motor) o como generadores. Como actuador, el material puede ser sorprendentemente poderoso:los investigadores demostraron que una película de 25 miligramos puede levantar una carga de portaobjetos de vidrio 380 veces su propio peso, o transportar una carga de hilos de plata diez veces superior a su propio peso, trabajando como un potente "mini tractor" accionado por agua. Usando solo agua como fuente de energía, esta película podría reemplazar los actuadores eléctricos que ahora se utilizan para controlar pequeñas extremidades robóticas.
"No necesita mucha agua, "Dice mamá." Una cantidad muy pequeña de humedad sería suficiente ".
Generar electricidad
La energía mecánica generada por el material también se puede convertir en electricidad acoplando la película de polímero con un material piezoeléctrico, que convierte la tensión mecánica en una carga eléctrica. Este sistema puede generar una potencia media de 5,6 nanovatios, que se puede almacenar en condensadores para alimentar dispositivos microelectrónicos de potencia ultrabaja, como sensores de temperatura y humedad.
Si se utiliza para generar electricidad a mayor escala, la película podría recolectar energía del medio ambiente, por ejemplo, mientras se coloca sobre un lago o río. O, podría adherirse a la ropa, donde la mera evaporación del sudor podría alimentar dispositivos como sensores de monitoreo fisiológico. "Podrías estar corriendo o haciendo ejercicio y generando energía, "Dice Guo.
A menor escala, la película podría alimentar sistemas microelectromecánicos (MEMS), incluidos los sensores ambientales, o incluso dispositivos más pequeños, como la nanoelectrónica. Los investigadores ahora están trabajando para mejorar la eficiencia de la conversión de energía mecánica en energía eléctrica, lo que podría permitir que películas más pequeñas alimenten dispositivos más grandes.
