(Phys.org) —Un nuevo tipo de generador eléctrico utiliza esporas bacterianas para aprovechar el poder sin explotar del agua que se evapora, según una investigación realizada en el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard. Sus desarrolladores prevén generadores eléctricos impulsados ​​por cambios en la humedad de estanques y puertos calentados por el sol.

Los prototipos de generadores funcionan aprovechando el movimiento de una lámina de caucho recubierta por un lado con esporas. La hoja se dobla cuando se seca, tanto como una piña se abre al secarse o una hoja recién caída se enrolla, y luego se endereza cuando aumenta la humedad. Tal flexión hacia adelante y hacia atrás significa que las láminas recubiertas de esporas o las planchas pequeñas pueden actuar como actuadores que impulsan el movimiento, y ese movimiento puede aprovecharse para generar electricidad.

"Si esta tecnología se desarrolla completamente, tiene un final muy prometedor, "dijo Ozgur Sahin, quien dirigió el estudio, primero en el Rowland Institute de Harvard, más tarde en el Instituto Wyss, y más recientemente en la Universidad de Columbia, donde ahora es profesor asociado de ciencias biológicas y física. Sahin colaboró ​​con L. Mahadevan, miembro del cuerpo docente principal del Instituto Wyss, quien también es la profesora de matemáticas aplicadas de Lola England de Valpine, biología organísmica y evolutiva, y física en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Harvard, y Adam Driks, profesor de microbiología e inmunología en la Facultad de Medicina Stritch de Chicago de la Universidad Loyola. Los investigadores informaron sobre su trabajo ayer en Nanotecnología de la naturaleza .

La evaporación del agua es la fuente de energía más grande de la naturaleza, Dijo Sahin. "La luz del sol golpea el océano, lo calienta, y la energía tiene que salir del océano por evaporación, ", explicó." Si piensas en todo el hielo en la cima del monte Everest, ¿quién llevó esta enorme cantidad de material allí? Hay energía en la evaporación pero es tan sutil que no lo vemos ".

Pero hasta ahora nadie ha aprovechado esa energía para generar electricidad.

Mientras Sahin perseguía la idea de un nuevo generador impulsado por humedad, se dio cuenta de que Mahadevan había estado investigando problemas similares desde una perspectiva física. Específicamente, había caracterizado cómo la humedad deforma los materiales, incluyendo materiales biológicos como piñas, hojas y flores, así como materiales artificiales como una hoja de papel de seda en un plato con agua.

Sahin colaboró ​​con Mahadevan y Driks en uno de esos estudios. Una bacteria del suelo llamada Bacillus subtilis arrugas al secarse como una uva que se convierte en una pasa, formando un duro, espora latente. Los resultados, que informaron en 2012 en el Revista de la interfaz de la Royal Society , explicó por qué.

A diferencia de las pasas, que no puede transformarse en uvas, las esporas pueden absorber agua y recuperar casi de inmediato su forma original. Sahin se dio cuenta de que, dado que se encogen reversiblemente, tenían que estar almacenando energía. De hecho, las esporas serían particularmente buenas para almacenar energía porque son rígidas, pero aún se expanden y contraen mucho, los investigadores predijeron.

"Dado que los niveles de humedad cambiantes deforman estas esporas, de ello se deduce que los dispositivos que contienen estos materiales deben poder moverse en respuesta a los cambios en los niveles de humedad, ", Dijo Mahadevan." Ahora Ozgur ha demostrado muy bien cómo esto podría usarse en la práctica ".

Cuando Sahin se propuso por primera vez medir la energía de las esporas, fue tomado por sorpresa.

Puso una solución espesa con esporas en una pequeña tablón de silicona flexible, esperando medir la fuerza impulsada por la humedad en un microscopio de fuerza atómica personalizado. Pero antes de que pudiera insertar la tabla, lo vio curvarse y enderezarse a simple vista. Su inhalación y exhalación habían cambiado la humedad sutilmente, y las esporas habían respondido.

"Entonces me di cuenta de que esto era extremadamente poderoso, "Dijo Sahin.

De hecho, simplemente aumentando la humedad de la de un seco, día soleado a húmedo, brumoso habilitó el flexible, Plancha recubierta de esporas para generar 1000 veces más fuerza que el músculo humano, y al menos 10 veces más de lo que otros ingenieros de materiales utilizan actualmente para construir actuadores, Sahin descubrió. De hecho, humedecer una libra de esporas secas generaría suficiente fuerza para levantar un automóvil a un metro del suelo.

Para construir un actuador de este tipo, Sahin probó qué tan bien los materiales recubiertos de esporas, como el silicio, caucho, el plastico, y cinta adhesiva almacenan energía, apostando por el caucho como el material más prometedor.

Luego construyó un generador simple impulsado por humedad con LegosTM, un ventilador en miniatura, un imán y un voladizo recubierto de esporas. A medida que el voladizo se mueve hacia adelante y hacia atrás en respuesta a la humedad, impulsa un imán giratorio que produce electricidad.

El prototipo de Sahin captura solo un pequeño porcentaje de la energía liberada por la evaporación, pero podría mejorarse modificando genéticamente las esporas para que sean más rígidas y elásticas. En efecto, en los primeros experimentos, las esporas de una cepa mutante proporcionada por Driks almacenaban el doble de energía que las cepas normales.

"La energía solar y eólica fluctúan drásticamente cuando el sol no brilla o el viento no sopla, y no tenemos una buena forma de almacenar suficiente para abastecer la red durante mucho tiempo, ", dijo el director fundador del Instituto Wyss, Don Ingber, MARYLAND., Doctor. "Si los cambios en la humedad pudieran aprovecharse para generar electricidad día y noche utilizando una versión ampliada de este nuevo generador, podría proporcionar al mundo una nueva fuente de energía renovable que se necesita desesperadamente ".

Para obtener más información sobre el potencial de este actuador y generador que contiene esporas, mira esta breve animación: