La ropa electrónica portátil del futuro podría cargarse con nuestro propio calor corporal

Gracias a los rápidos desarrollos informáticos de la última década y a la miniaturización de los componentes electrónicos, podemos, por ejemplo, seguir nuestros movimientos y controlar nuestra salud en tiempo real usando pequeños ordenadores.

ropa-eletronica
iStock

Gracias a los rápidos desarrollos informáticos de la última década y a la miniaturización de los componentes electrónicos, podemos, por ejemplo, seguir nuestros movimientos y controlar nuestra salud en tiempo real usando pequeños ordenadores.

Los investigadores ahora están buscando la mejor manera de alimentar estos dispositivos recurriendo al propio calor corporal del usuario y trabajando con prendas, lunares y conocimientos de la industria textil.

Se espera que el mercado de la electrónica portátil crezca a 53.000 millones de euros en 2025, pero está dominado por un producto: los relojes inteligentes. Fuera de esto, hay muchos productos en "posición inicial", comenta Matthias Fahland de Fraunhofer FEP en Alemania. Uno de los principales obstáculos del campo es el almacenamiento. "La cuestión de dónde viene la energía, dónde está la batería, cuánto durará, (almacenamiento) es la cuestión crucial para todo".

Un proyecto llamado ThermoTex está explorando el uso del calor del cuerpo humano para alimentar dispositivos diminutos. El efecto termoeléctrico se conoce desde hace casi 200 años, según el profesor Christian Müller de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia. Este efecto permite que la energía térmica se convierta en energía eléctrica cuando hay una diferencia de temperatura, como la diferencia entre la piel de una persona y la temperatura exterior. Los electrones se mueven de la parte más caliente de un material a la más fría, y este movimiento de carga genera un potencial eléctrico.

"Los gradientes de calor (diferencias) son una fuente de energía importante porque siempre están ahí", dijo.

 

Polímeros

ThermoTex tiene dos pistas: ciencia fundamental y aplicada.

Para su pista fundamental, el equipo intentó diseñar polímeros que tuvieran mejores propiedades termoeléctricas que las disponibles actualmente. Una forma de ajustar los efectos termoeléctricos de los polímeros, que son largas cadenas de moléculas que se repiten, es mediante el dopaje. Este proceso crea la carga eléctrica necesaria para generar electricidad.

En 2020, el equipo de ThermoTex publicó un artículo en Nature Materials, que mostraba que al combinar polímeros con una baja energía de ionización (la energía necesaria para desprender un electrón) y un dopante (una molécula añadida al polímero) con una alta afinidad electrónica, era posible duplicar la eficacia del dopaje.

Sin embargo, existen preocupaciones de seguridad en torno a los dopantes, especialmente cuando se utilizan en dispositivos electrónicos portátiles. "Pueden ser tóxicos", aclara Müller. Si entran en contacto con su piel, pueden envenenarlo, agrega.

El equipo ha estudiado alrededor de 50 dopantes diferentes que investigarán más a fondo en un gran proyecto financiado por la UE llamado HORATES que comenzará en 2021 para desarrollar generadores termoeléctricos orgánicos o basados ​​en carbono.

Como parte de su trabajo aplicado, ThermoTex compró formulaciones de polímeros conductores comerciales, que utilizaban para recubrir la seda. Si bien estos recubrimientos no son tan eficientes como algunos de los fabricados en el laboratorio del profesor Müller, permitieron al equipo del proyecto comenzar a fabricar tejidos y dispositivos conductores. La seda recubierta podría alimentar sensores de monitoreo corporal para signos vitales, por ejemplo.

Cosieron las hebras de seda teñidas en líneas largas a través de las telas y también las bordaron en pequeños lunares, lo cual es importante, dice el profesor Müller, porque cuando está en 'forma de puntos', la seda es un conducto entre la piel y el exterior. aire. Los estudiantes también tejieron estas hebras de seda juntas en un telar.

"Creo que es muy importante interactuar con la industria textil para utilizar sus métodos", aduce. "Es una industria bien establecida con bajos márgenes de beneficio, por lo que no se le puede ocurrir un método elegante que nadie tenga".

ropa-electronica2
Anja Lund

Plataforma

Mientras tanto, el investigador Fahland de Fraunhofer también está tratando de ofrecer a la industria textil soluciones que pueda utilizar en sus prendas. Es el líder del proyecto de Smart2Go, un proyecto de 11 miembros que tiene como objetivo crear una plataforma autónoma de suministro de energía del tamaño de la palma de la mano para dispositivos electrónicos portátiles.

La plataforma integra la captación de energía como la energía derivada del efecto termoeléctrico, almacenamiento y aplicaciones de esta energía. "La plataforma es una pieza de aluminio con mucha funcionalidad", expone Fahland, y agrega que puede sostenerla en la mano. “Es una interfaz que conecta el recolector de energía a la aplicación. Puede especificar cómo se pone la energía en la plataforma y de qué manera se lleva a la aplicación ".

En términos de aplicaciones, Smart2Go está colaborando con socios de la industria en dos proyectos diferentes.

Smart2Go está trabajando con un fabricante de textiles y prendas de vestir para integrar su plataforma con materiales de recolección de energía para una ropa de trabajo más segura. Esto podría incluir funciones como iluminarse cuando oscurece. También está trabajando con una empresa de ropa deportiva y de ocio para fabricar prendas que puedan recopilar información sobre el rendimiento.

Estas soluciones imponen muchas restricciones sobre el peso y la flexibilidad de los materiales, explica Fahland. Además, debe construirse de tal manera que un usuario pueda "conectar" diferentes tecnologías de recolección de energía.

Los proyectos de Smart2Go se basan en la energía solar y el calor corporal, pero otros pueden incluir energía generada a partir del movimiento o energía cinética, por ejemplo. Los colegas del proyecto de la Universidad de Tampere en Finlandia están trabajando en supercondensadores para la plataforma, que aumentarán la corriente eléctrica disponible para diferentes aplicaciones ampliando los posibles usos de la plataforma.

 

Teléfono móvil

Sin embargo, estos pequeños recolectores de energía solo pueden recolectar cierta cantidad de energía del medio ambiente. El profesor Müller de ThermoTex se ríe de la idea de que algún día el efecto termoeléctrico pueda utilizarse para alimentar un teléfono móvil.

El proceso de recolección no solo es muy ineficiente, él estima que como máximo el 1% de la energía térmica puede recolectarse y almacenarse, y es por eso que están tratando de desarrollar nuevos materiales: haría que el usuario se sintiera muy frío como el dispositivo intenta tomar energía de su cuerpo.

Sin embargo, para aplicaciones más pequeñas, como sensores para monitorear la salud de una persona, etiquetas de identificación o prendas de seguridad, los dispositivos diminutos que extraen pequeñas cantidades de energía de su entorno podrían ser la respuesta.

El mayor obstáculo para los dispositivos electrónicos portátiles puede no ser técnico, aunque hasta ahora ha sido un gran impedimento para su desarrollo y aceptación. La capacidad de los dispositivos portátiles para recopilar y almacenar información privada de las personas, y los problemas de seguridad que esto plantea, deben resolverse para que los dispositivos electrónicos portátiles sigan creciendo. "Hay muchos problemas legales y de seguridad de los datos que deben tomarse muy en serio", sentencia Fahland.

Mientras tanto, él y otros en el campo están despejando los obstáculos que pueden y creando la tecnología que allanará el camino para un futuro en el que nuestra ropa genera energía a partir de nuestros cuerpos y su entorno.

 

Artículo original

 

Continúa leyendo