Una película de polímeros podría usarse en músculos artificiales y para alimentar a dispositivos micro y nanoelectrónicos.
Ingenieros del MIT han creado una nueva
película de polímeros que puede generar electricidad aprovechando una
fuente que está en todas partes: el vapor de agua.
El nuevo material cambia de forma tras
absorber minúsculas cantidades de agua evaporada, lo que le permite
curvarse repetidamente. Aprovechando este continuo movimiento, podría
dirigir miembros robóticos o generar suficiente electricidad para
dispositivos micro y nanoelectrónicos, tales como sensores ambientales.
 |
| Vapor de agua Crédito: chops79 |
“En un sensor alimentado por una pila, tienes que reemplazarla
periódicamente. Si tienes este dispositivo, puedes aprovechar la energía
del entorno de forma que no tenga que cambiarla a menudo”, dice
Mingming Ma, estudiante de posdoctorado en el Instituto David H. Koch
del MIT para Investigación Integral del Cáncer y autor principal de un
artículo que describe el nuevo material en el ejemplar del 11 de enero
de la revista Science.
“Estamos muy entusiasmados con este
nuevo material, y esperamos que, cuando logremos una mayor eficiencia
convirtiendo la energía mecánica en electricidad, este material
encuentre más aplicaciones”, dice Robert Langer, Profesor del Instituto
David H. Koch en el MIT y autor sénior del artículo. Esas potenciales
aplicaciones incluyen generadores a gran escala alimentados por vapor de
agua, o generadores más pequeños para alimentar dispositivos
electrónicos de uso común.
Aprovechando la energía
La nueva película está hecha de una red
entrelazada de dos polímeros distintos. Uno de los polímeros, el
polipirrol, forma una matriz dura, pero flexible, que proporciona el
soporte estructural. El otro polímetro, el borato-poliol, es un gel
blando que aumenta de tamaño cuando absorbe agua.
Los esfuerzos previos para crear
películas que respondan al agua solo habían usado el polipirrol, que
muestra una respuesta mucho más débil. “Incorporando los dos tipos
distintos de polímeros, puedes generar un desplazamiento mucho mayor,
así como una fuerza mayor”, dice Guo.
La película aprovecha la energía que se
encuentra en el gradiente de agua entre los entornos secos y acuosos.
Cuando la película, de 20 micrómetros de grosor, se coloca sobre una
superficie que contiene incluso una cantidad pequeña de humedad, la capa
inferior absorbe el agua evaporada, forzando a que la película se curve
sobre la superficie. Una vez que la capa inferior de la película está
expuesta al aire, libera rápidamente la humedad, da una vuelta hacia
adelante, y empieza a curvarse de nuevo. Conforme se repite el ciclo, el
movimiento continuo convierte la energía química del gradiente de agua
en energía mecánica.
Tales películas podrían desempeñar el
papel de actuadores (un tipo de motor) o generadores. Como actuador, el
material puede ser sorprendentemente potente: los investigadores
demostraron que una película de 25 miligramos puede elevar una carga de
películas de vidrio de 380 veces su propio peso, o transportar una carga
de cables de plata de 10 veces su peso, funcionando como un
“minitractor” alimentado por agua. Usando solo agua como fuente de
energía, esta película podría reemplazar a los actuadores alimentados
por electricidad que se usan ahora para controlar pequeños miembros
robóticos.
“No necesita una gran cantidad de agua”, dice Ma. “Una pequeña cantidad de humedad sería suficiente”.
Una ventaja clave de la nueva película
es que no requiere de la manipulación de las condiciones ambientales,
como sucede con los actuadores que responden a los cambios en la
temperatura o la acidez, señala Ryan Hayward, profesor asociado de
ciencia e ingeniería de polímeros en la Universidad de Massachusetts en
Amherst.
“Lo realmente impresionante de este
trabajo es, que fueron capaces de diseñar un esquema donde un gradiente
de humedad provocaría que el polímero se curvase, diese la vuelta, y se
curvase en la otra dirección, cíclicamente, y pudieron aprovechar esa
energía para realizar un trabajo”, comenta Hayward, que no fue parte del
equipo de investigación.
Generar electricidad
La energía mecánica generada por el
material, también puede convertirse en electricidad, acoplando la
película de polímero a un material piezoeléctrico, el cual convierte la
tensión mecánica en una carga eléctrica. Este sistema puede generar una
potencia media de 5,6 nanowatts, que pueden almacenarse en condensadores
para alimentar dispositivos microelectrónicos de potencia ultra-baja,
tales como sensores de temperatura y humedad.
Si se usaran para generar electricidad a
gran escala, la película podría aprovechar la energía del entorno – por
ejemplo, situándolos sobre un lago, o río. O podría acoplarse a la
ropa, donde la simple evaporación del sudor podría alimentar
dispositivos como sensores de monitorización fisiológica. “Podrías estar
corriendo, o haciendo algún ejercicio, y estar generando energía”,
señala Guo.
A menor escala, la película podría
alimentar sistemas microelectromecánicos (MEMS), incluyendo a sensores
ambientales, o dispositivos aún menores, como los nanoelectrónicos. Los
investigadores están trabajando ahora para mejorar la eficiencia de la
conversión de energía mecánica en energía eléctrica, lo que podría
permitir que películas más pequeñas alimentasen a dispositivos mayores.
Fecha Original: 20 de enero de 2013
Enlace Original
No hay comentarios:
Publicar un comentario