Científicos estadounidenses han desarrollado una tela de microfibra que genera su propia electricidad, creando la suficiente energía como para cargar un teléfono móvil o impedir que se agote la batería de un reproductor de música MP3.
Si la tela se usa para hacer una camisa, podría aprovechar la energía de quien la use simplemente al caminar o incluso por una brisa ligera, informaron los científicos el miércoles en la revista Nature.
“El nanogenerador basado en la tela sería una forma simple y económica de producir energía a partir del movimiento físico”, dijo en un comunicado el líder del estudio, Zhong Lin Wang, del Georgia Institute of Technology.
El nanogenerador aprovecha las propiedades semiconductoras de los cables nano de óxido de zinc - cables diminutos, 1.000 veces más pequeños que el ancho de un cabello humano - que están entretejidos en el género.
Los cables están formados por pares. Una de las fibras de cada par está cubierta con oro y funciona como un electrodo.
Cuando las cerdas se frotan una con otra a través del movimiento del cuerpo de una persona, los cables convierten el movimiento en electricidad.
“Cuando un cable nano se pliega, tiene un efecto eléctrico”, expresó Wang en una entrevista telefónica.
“Lo que la tela hace es transformar el movimiento mecánico del cuerpo en electricidad”, explicó.
Su equipo creó el nanogenerador cubriendo primero las fibras con un polímero, y luego con una capa de óxido de zinc. Luego sumergieron todo en un baño caliente de solución reactiva durante 12 horas para permitir que los cables se multipliquen, cubriendo las fibras.
Wang dijo que el material podría ser empleado por los excursionistas y los soldados, y también para dar energía a sensores diminutos utilizados en biomedicina u observación medioambiental.
Las fibras alternadas están enchapadas de oro. Debido a que un estrato de la tela es extendido sobre otro, los nanocables de una capa se restriegan contra las fibras doradas de otra, como ocurre con las cerdas de dos cepillos. La tensión y la presión resultantes generan una carga piezoeléctrica que es capturada por el oro y puede ser trasladada a un circuito.
Sin embargo, existe un escollo de consideración para crear las camisas eléctricas. Aunque el óxido de zinc crea un buen filtro solar, no es a prueba de agua. Los científicos deben inventar la manera de dar la protección necesaria a los nanocables, pues de lo contrario una lavadora o una lluvia despojarán a la tela de toda su magia.
“Nuestro objetivo es crear nanotecnología autosuficiente”, afirmó el profesor Zhong Lin Wang del Instituto de Tecnología de Georgia y uno de los autores del estudio.
“La circulación del aire, las vibraciones - todo esto es energía mecánica que podemos utilizar para suministrar carga a varios dispositivos”.
Dianne Jones, directora técnica de la compañía Fibretronic, afirmó que al expandirse el mercado de los aparatos electrónicos móviles, explorar tecnologías como las nanofibras es cada vez más interesante.
“Cualquier nueva fuente de energía que pueda proporcionar una solución más integrada, en lugar de usar tecnología convencional del uso de baterías, es una opción muy atractiva para vestidos u otras aplicaciones electrónicas basadas en la tecnología textil”, explicó Jones.
Ottilia Saxl, ejecutiva en jefe del Instituto de Nanotecnología, cree que la tecnología podría también encontrar un uso en el campo de la salud.
“Quizás podría ser utilizada para accionar dispositivos médicos minúsculos como implantes cocleares o marcapasos, o un mecanismo subcutáneo para suministrar medicinas o reservorios de antibióticos para prevenir infecciones en implantes de retina”, aseguró Saxl.
Cepillo minúsculo
Los nano-generadores, como se conoce la tecnología, consisten de pares de fibras similares a unos minúsculos cepillos.
En la base de cada fibra se encuentra un tallo de Kevlar. “En la superficie hacemos crecer unos cristales llamados nano alambres”, explicó Wang.
Cada alambre es minúsculo, mide de 30 a 50 nanómetros (mil millonésimas de metro) de longitud y están hechos de óxido del zinc. Se crean a partir de una solución.
“El crecimiento es tan espectacular que en la superficie de la fibra aparecen todos estos nano alambres erguidos en un patrón radial”, dijo Zhong Lin Wang del Instituto de Tecnología de Georgia, “uno puede hacer crecer estos nano alambres en cualquier superficie, en el pelo o donde se quiera“.
Una de las fibras es sumergida también en oro para que actúe como electrodo. Y cuando se frota conjuntamente el par, se crea una pequeña cantidad de energía eléctrica. “La fibra tiene un efecto piezoeléctrico”, aseguró Wang, “este es un efecto importante que convierte energía mecánica en electricidad.”
Experimentos hechos con prototipos demostraron que dos fibras de un centímetro de largo podrían generar una corriente de cuatro nanoamperios y un voltaje de cerca de cuatro milivoltios.
“Si podemos optimizar el diseño lograremos crear unos 80 milivatios por metro cuadrado de tela que podrían potencialmente accionar un iPod”, afirmó Wang.
Sin embargo, el profesor George Stylios de la Universidad Heriot Watt, quien trabaja con materiales flexibles inteligentes, dijo que podría ser difícil generar cantidades “significativas” de energía de ropa usando estas fibras.
“Pienso que será muy difícil generar una producción suficiente para accionar dispositivos”, aseguró Stylios.
En particula, Stylios cree que cualquiera que quiera usar este tipo de fibras tendría que moverse muy rápido y tendría que usar mucha cantidad de tela.
“Podría utilizarse estas fibras para otros usos tales como cambiar la estructura o color de materiales” explicó este experto.
Estas fibras son lo último en el campo de la “recolección de energía ” que busca desarrollar métodos para recuperar energía que de otro modo se hubiera desechado, y para así convertirla en energía eléctrica útil.
Ejemplos cotidianos incluyen radios y relojes de cuerda.La agencia para la investigación del ministerio de Defensa de Estados Unidos (DARPA, por sus siglas en inglés) tiene también un proyecto para desarrollar energía a través de generadores implantados en las botas de los soldados y que funcionan con el movimiento del caminar.
A principios de este año, científicos de Canadá mostraron un dispositivo para la rodilla que funcionaría como una dinamo. El profesor Wang y su equipo apuntan a desarrollar dispositivos que podrían incorporarse en telas y materiales que se usan en el día a día.
Zhong Lin Wang ya presentó un nano-generador unido a una superficie rígida que podría utilizarse para accionar sensores en vehículos.
Estas nuevas fibras, cree Wang, podrían ser utilizadas en ropa inteligente. Servirían a los militares así como a los amantes de los aparatos electrónicos.
“La habilidad de generar energía para hacer funcionar sus propios dispositivos electrónicos usando la ropa que vestimos sería todo un logro en el campo de la ropa interactiva”, aseguró Dianne Jones, directora de Fibretronic.
Su compañía hace relojes y teclados textiles para ropa que permiten a los usuarios controlar sus mp3 desde sus bolsillos.
No obstante, Jones admitió que aún quedan varios desafíos que superar antes de que la tecnología de nano-generadora pueda comercializarse, por ejemplo para desarrollar un almacenaje eficaz para asegurar una fuente constante de electricidad.
El costo y la facilidad de fabricación también serían muy importantes, aseguró Dianne Jones, que cree que esta investigación promete.
“La posibilidad de desarrollar fibras o telas capaces de generar energía, ha sido algo en que la comunidad de investigación en telas inteligentes ha estado trabajando durante cierto tiempo”, explicó Dianne Jones.
