Utilizando metales líquidos, los investigadores han creado el primer dispositivo sanitario que funciona con el calor corporal.
En la era de la tecnología, todos estamos muy familiarizados con el inconveniente de quedarse sin batería. Pero para quienes dependen de un dispositivo de salud portátil para controlar la glucosa, reducir los temblores o incluso controlar la función cardíaca, tomarse el tiempo para recargarlo puede suponer un gran riesgo.
Por primera vez, los investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Carnegie Mellon han demostrado que un dispositivo sanitario puede funcionar únicamente con el calor corporal. Al combinar un sensor de oximetría de pulso con un generador de energía termoeléctrica flexible, estirable y portátil, este equipo ha presentado una forma prometedora de abordar los problemas de duración de la batería. Su generador de energía está hecho de metal líquido, semiconductores y caucho impreso en 3D.
Mason Zadan, uno de los autores del estudio, afirma: «Este es el primer paso hacia la electrónica portátil sin batería». El estudio se publica en la revista Advanced Functional Materials.
Su sistema, diseñado para lograr un alto rendimiento mecánico y termoeléctrico con una perfecta integración de materiales, presenta avances en materiales blandos, diseño de matriz TEG, diseño de placa de circuito de bajo consumo energético y gestión de energía integrada.
Carmel Majidi, profesor de Ingeniería mecánica y director del Laboratorio de máquinas blandas, explica: “En comparación con nuestras investigaciones anteriores, este diseño mejora la densidad de potencia aproximadamente 40 veces o un 4000 %. El compuesto de epoxi de metal líquido mejora la conductividad térmica entre el componente termoeléctrico y el punto de contacto del dispositivo con el cuerpo”.
Para probar su salida de voltaje, el dispositivo se usó en el pecho y la muñeca de un participante en reposo y en movimiento.
Zadan dijo: “Vimos una mayor salida de voltaje mientras el dispositivo estaba en la muñeca del participante y mientras la persona estaba en movimiento. A medida que el participante se mueve, un lado del dispositivo se enfría por el aumento del flujo de aire y el otro se calienta por el aumento de la temperatura corporal. Caminar y correr crearon una diferencia de temperatura ideal”.
El proceso por el cual las diferencias de temperatura se convierten directamente en energía eléctrica se conoce como efecto termoeléctrico.
Cuando un material termoeléctrico se expone a un gradiente de temperatura, como cuando un extremo se calienta mientras el otro permanece frío, los electrones dentro del material comienzan a fluir desde el extremo caliente al extremo frío. Este movimiento de electrones genera una corriente eléctrica. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, más corriente eléctrica se produce, lo que da como resultado energía eléctrica. Básicamente, el efecto termoeléctrico nos permite aprovechar las disparidades de temperatura para crear electricidad utilizable, lo que lo convierte en una vía prometedora para la generación de energía sostenible.
El Dr. Dinesh K. Patel, un científico investigador del equipo, está ansioso por trabajar en la mejora del rendimiento eléctrico y explorar cómo fabricar el dispositivo. “Queremos que pase de ser una prueba de concepto a un producto que la gente pueda empezar a usar”.
Esta investigación se realizó en colaboración con Arieca Inc., la Universidad de Washington y la Universidad Nacional de Seúl.
Fuente de información:
Mason Zadan et al. Generadores termoeléctricos extensibles para monitorización de la salud mediante dispositivos portátiles autónomos. [Advanced Functional Materials (2024)]. Documento: 10.1002/adfm.202404861
