Nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado una "microrred portátil" que recolecta y almacena energía del cuerpo humano para alimentar pequeños dispositivos electrónicos. Consta de tres partes principales: células de biocombustible impulsadas por el sudor, dispositivos impulsados por movimiento llamados triboeléctricosgeneradores y supercondensadores que almacenan energía. Todas las piezas son flexibles, lavables y pueden ser impresas en la ropa.
La tecnología, informada en un artículo publicado el 9 de marzo en Comunicaciones de la naturaleza , se inspira en las microrredes comunitarias.
"Estamos aplicando el concepto de microrred para crear sistemas portátiles que funcionan de manera sostenible, confiable e independiente", dijo el coautor principal Lu Yin, estudiante de doctorado en nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego. "Al igual que una microrred de la ciudad integra una variedad de fuentes de energía renovables locales como la eólica y la solar, una microrred portátil integra dispositivos que recolectan energía localmente de diferentes partes del cuerpo, como el sudor y el movimiento, mientras contienen almacenamiento de energía".
La microrred portátil se construye a partir de una combinación de partes electrónicas flexibles que fueron desarrolladas por el equipo de Nanobioelectrónica del profesor de nanoingeniería de UC San Diego Joseph Wang, quien es el director del Centro de Sensores Usables en UC San Diego y autor correspondiente en el actualestudio. Cada parte está serigrafiada en una camisa y colocada de una manera que optimiza la cantidad de energía recolectada.
Las células de biocombustible que recolectan energía del sudor están ubicadas dentro de la camisa en el pecho. Los dispositivos que convierten la energía del movimiento en electricidad, llamados generadores triboeléctricos, se colocan fuera de la camisa en los antebrazos y los lados del torso cerca de la cintura.energía del movimiento de balanceo de los brazos contra el torso mientras camina o corre. Los supercondensadores fuera de la camisa en el pecho almacenan temporalmente energía de ambos dispositivos y luego la descargan para alimentar pequeños dispositivos electrónicos.
La recolección de energía tanto del movimiento como del sudor permite que la microrred portátil alimente los dispositivos de forma rápida y continua. Los generadores triboeléctricos proporcionan energía de inmediato tan pronto como el usuario comienza a moverse, antes de comenzar a sudar. Una vez que el usuario comienza a sudar, las células de biocombustible comienzan a funcionar.proporcionar energía y continuar haciéndolo después de que el usuario deje de moverse.
"Cuando se suman estos dos juntos, se compensan las deficiencias del otro", dijo Yin. "Son complementarios y sinérgicos para permitir un arranque rápido y energía continua". Todo el sistema arranca dos veces más rápido que tener solo las celdas de biocombustiblesolo, y dura tres veces más que los generadores triboeléctricos solos.
La microrred portátil se probó en un sujeto durante sesiones de 30 minutos que consistieron en 10 minutos de ejercicio en una máquina de ciclismo o carrera, seguidos de 20 minutos de descanso. El sistema pudo alimentar un reloj de pulsera LCD o un pequeñopantalla electrocrómica, un dispositivo que cambia de color en respuesta a un voltaje aplicado, a lo largo de cada sesión de 30 minutos.
mayor que la suma de sus partes
Las células de biocombustible están equipadas con enzimas que desencadenan un intercambio de electrones entre las moléculas de lactato y oxígeno en el sudor humano para generar electricidad. El equipo de Wang informó por primera vez sobre estos dispositivos portátiles que recolectan sudor en un artículo publicado en 2013. Trabajando con colegas de la UC SanDiego Center for Wearable Sensors, luego actualizaron la tecnología para que sea lo suficientemente elástica y potente como para ejecutar dispositivos electrónicos pequeños.
Los generadores triboeléctricos están hechos de un material cargado negativamente, colocado en los antebrazos, y un material cargado positivamente, colocado a los lados del torso. A medida que los brazos se balancean contra el torso mientras camina o corre, los materiales con carga opuesta rozan contracada uno y generar electricidad.
Cada dispositivo portátil proporciona un tipo diferente de energía. Las celdas de biocombustible proporcionan bajo voltaje continuo, mientras que los generadores triboeléctricos proporcionan pulsos de alto voltaje. Para que el sistema alimente dispositivos, estos diferentes voltajes deben combinarse y regularse en un solo establo.Voltaje. Ahí es donde entran los supercondensadores; actúan como un depósito que almacena temporalmente la energía de ambas fuentes de energía y puede descargarla según sea necesario.
Yin comparó la configuración con un sistema de suministro de agua.
"Imagínese que las células de biocombustible son como un grifo que fluye lentamente y los generadores triboeléctricos son como una manguera que lanza chorros de agua", dijo. "Los supercondensadores son el tanque en el que ambos se alimentan, y se puede extraer de esotanque como sea necesario. "
Todas las partes están conectadas con interconexiones plateadas flexibles que también están impresas en la camisa y aisladas por un revestimiento impermeable. El rendimiento de cada parte no se ve afectado por el doblez, plegado y arrugado repetidos o lavado en agua, siempre queno se utiliza detergente.
La principal innovación de este trabajo no son los dispositivos portátiles en sí mismos, dijo Yin, sino la integración sistemática y eficiente de todos los dispositivos.
"No solo estamos agregando A y B juntos y lo llamamos un sistema. Elegimos partes que tienen factores de forma compatibles todo aquí es imprimible, flexible y estirable; rendimiento coincidente; y funcionalidad complementaria, lo que significa que todos sonútil para el mismo escenario en este caso, movimiento riguroso ", dijo.
otras aplicaciones
Este sistema en particular es útil para atletismo y otros casos en los que el usuario está haciendo ejercicio. Pero este es solo un ejemplo de cómo se puede usar la microrred portátil. "No nos estamos limitando a este diseño. Podemos adaptar el sistema seleccionandodiferentes tipos de recolectores de energía para diferentes escenarios ", dijo Yin.
Los investigadores están trabajando en otros diseños que pueden recolectar energía mientras el usuario está sentado dentro de una oficina, por ejemplo, o se mueve lentamente afuera.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Original escrito por Liezel Labios. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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