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14 octubre 2014 2 14 /10 /octubre /2014 16:16

Jaw movements have proved to be one of the most promising candidates for generating electricity from human body movements, with researchers estimating that an average of around 7 mW of power could be generated from chewing during meals alone.

¿Por qué no aprovechar la energía del propio cuerpo para obtener electricidad?

El sensor-tatuaje que produce energía a partir del sudor.

El sensor-tatuaje que produce energía a partir del sudor.

 

Cómo convertir el cuerpo en un cargador de baterías

13/10/2014  elmundo.es

El uso de teléfonos, tabletas y ordenadores portátiles, unido al creciente desarrollo de todo tipo de implantes médicos y sensores para controlar la salud, está aumentando nuestra dependencia de baterías, pilas y cargadores. Por ello, la búsqueda de nuevas formas de generar electricidad se ha convertido casi en una obsesión en laboratorios de todo el mundo, que estudian alternativas para que dejemos de estar pendientes de los enchufes.

¿Por qué no aprovechar la energía del propio cuerpo para obtener electricidad? A partir de esta premisa, varios equipos están proponiendo diversos sistemas para generar pequeñas cantidades de energía y poder alimentar dispositivos de uso doméstico. Se pretende aprovechar el movimiento, el calor del cuerpo y hasta el sudor para conseguir energía, como muestran varios trabajos, todavía en fase inicial, presentados en las últimas semanas.

Una de las propuestas más originales llega de la Universidad de California, en San Diego (EEUU), donde han diseñado una biobatería con forma de tatuaje que no sólo actúa como sensor para monitorizar el estado del deportista durante el ejercicio, sino que aprovecha el sudor para generar electricidad.
Un sensor-tatuaje

Según explicó Wenzhao Jia, coautor del estudio, durante el congreso de la Sociedad Química Americana (ACS) en el que presentó su invento, el sensor-tatuaje detecta y responde a una enzima llamada lactato deshidrogenasa, que se encuentra en los tejidos del cuerpo:«La lactato deshidrogenasa es un indicador muy importante de cómo te encuentras mientras estás haciendo deporte». En general, cuanto más intenso es el ejercicio, más lactato produce el cuerpo. En una sesión deportiva intensa, el cuerpo tiene que generar más energía, de modo que se activa un proceso llamado glucólisis.

Los atletas profesionales monitorizan sus niveles de esta enzima durante las pruebas a las que se someten para evaluar su estado físico y su programa de entrenamiento. Por otro lado, los médicos controlan también los niveles de lactato deshidrogenasa en pacientes con problemas de corazón o pulmonares.

Uno de los inconvenientes a la hora de medir esta enzima es que hay que tomar muestras de sangre varias veces al día. Por ello, desarrollaron un sistema más sencillo y cómodo para medirla. Imprimieron un sensor de lactato flexible en una lámina de tatuaje temporal. Lo colocaron en el antebrazo de diez voluntarios, que durante media hora pedalearon en una bici estática para medir la electricidad que producían.

Posteriormente, diseñaron una biobatería alimentada por sudor que fue probada por 15 voluntarios. Curiosamente, fueron los que estaban en peor forma física los que más energía produjeron, probablemente porque se fatigaban antes, generando antes la glucólisis y produciendo más lactato.

La máxima cantidad de energía generada fue de 70 microvatios por centímetro cuadrado de piel, por lo que aún tendrán que mejorar mucho el sistema para producir más energía, poder almacenarla y alimentar dispositivos.
Movimiento de la mandíbula

 

 

El sistema que genera electricidad al mover la mandíbula. ÉTS

 

 

En la École de Technologie Supérieure (ÉTS) de Montreal (Canadá) pretenden aprovechar el movimiento de la mandíbula (ya sea para hablar, comer o masticar chicle) para obtener energía y alimentar implantes cocleares (para el oído), audífonos y otros pequeños dispositivos.

Según explican en la revista Smart Materials and Structures, en una comida se pueden generar, de media, 7 microvatios [para alimentar un reloj harían falta unos 10 microvatios]. El dispositivo que han diseñado para almacenar energía consiste en una correa que envuelve la barbilla y está fabricada con un material piezoeléctrico, PFC (piezoelectric fiber composite), que tiene electrodos y un polímero adhesivo. Ese material se carga de corriente eléctrica cuando se estira y es sometido a movimiento. Añadieron a la correa dos orejeras.

De momento, la cantidad de energía que es capaz de almacenar este casco es muy inferior a la que se necesitaría, por ejemplo, para alimentar un audífono, aunque esperan incrementarla añadiendo más capas de material.

 

 

 

 

REDUCIR EL IMPACTO AMBIENTAL
Con estos nuevos dispositivos para producir energía mientras hablamos, comemos o hacemos deporte, los científicos pretenden también contribuir a reducir el gran impacto ambiental que causan las actuales baterías, muy contaminantes si no se reciclan de forma adecuada. Las biobaterías, como las del sensor-tatuaje, se recargan más rápidamente, utilizan fuentes de energía renovables (sudor, en este caso), y sus creadores sostienen que son más seguras porque no contienen productos químicos y no pueden explotar. Se trata, además, de sistemas relativamente baratos. En el caso del dispositivo para generar energía con la mandíbula, el elemento más caro es la capa de composite PFC que, según Aidin Aidin Delnavaz, uno de sus diseñadores, cuesta 20 dólares. Según aclaran los autores de estos trabajos, los sistemas todavía tienen que ser perfeccionados antes de que sean capaces de producir y almacenar energía suficiente como para alimentar pequeños dispositivos y por tanto, que resulten viables. Pero con estos prototipos están comenzando a demostrar que es posible utilizar el cuerpo como fuente para generar electricidad.

 

 

Canadian researchers harvest energy from chewing

Jaw movements have proved to be one of the most promising candidates for generating electricity from human body movements, with researchers estimating that an average of around 7 mW of power could be generated from chewing during meals alone.

To harvest this energy, the study’s researchers, from Sonomax-ÉTS Industrial Research Chair in In-ear Technologies (CRITIAS) at École de technologie supérieure (ÉTS) in Montreal, Canada, created a chinstrap made from piezoelectric fibre composites (PFC).

PFC is a type of piezoelectric smart material that consists of integrated electrodes and an adhesive polymer matrix. The material is able to produce an electric charge when it stretches and is subjected to mechanical stress.

In their study, the researchers created an energy-harvesting chinstrap made from a single layer of PFC and attached it to a pair of earmuffs using a pair of elastic side straps. To ensure maximum performance, the chinstrap was fitted snugly to the user, so when the user’s jaw moved it caused the strap to stretch.

To test the performance of the device, the subject was asked to chew gum for 60 seconds while wearing the device; at the same time the researchers recorded a number of different parameters.

The maximum amount of power that could be harvested from the jaw movements was around 18 µW, but taking into account the optimum set-up for the head-mounted device, the power output was around 10 µW.

Co-author of the study Aidin Delnavaz said: “Given that the average power available from chewing is around 7 mW, we still have a long way to go before we perfect the performance of the device.

“The power level we achieved is hardly sufficient for powering electrical devices at the moment; however, we can multiply the power output by adding more PFC layers to the chinstrap. For example, 20 PFC layers, with a total thickness of 6 mm, would be able to power a 200 µW intelligent hearing protector.”

One additional motivation for pursuing this area of research is the desire to curb the current dependency on batteries, which are not only expensive to replace but also extremely damaging to the environment if they are not disposed of properly.

“The only expensive part of the energy-harvesting device is the single PFC layer, which costs around $20. Considering the price and short lifetime of batteries, we estimate that a self-powered hearing protector based on the proposed chinstrap energy-harvesting device will start to pay back the investment after three years of use,” continued Delnavaz.

“Additionally, the device could substantially decrease the environmental impact of batteries and bring more comfort to users.

“We will now look at ways to increase the number of piezoelectric elements in the chinstrap to supply the power that small electronic devices demand, and also develop an appropriate power management circuit so that a tiny, rechargeable battery can be integrated into the device.”

Here’s a look at the ‘smart chinstrap’,

Caption: This is the experimental set up of an energy harvesting chin strap. Credit: Smart Materials and Structures/IOP Publishing

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Caption: This is the experimental set up of an energy harvesting chin strap.
Credit: Smart Materials and Structures/IOP Publishing

I don’t see anyone rushing to get a chinstrap soon. Hopefully they’ll find a way to address some of the design issues. In the meantime, here’s a link to and a citation for the paper,

Flexible piezoelectric energy harvesting from jaw movements by Aidin Delnavaz and Jérémie Voix. 2014 Smart Mater. Struct. 23 105020 doi:10.1088/0964-1726/23/10/105020

http://www.frogheart.ca/?cat=2954

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  • : Ecología y sostenibilidad socioambiental, énfasis en conservación de ríos y ecosistemas, denuncia de impacto de megaproyectos. Todo esto es indesligable de la política y por ello esta también se observa. Ecology, social and environmental sustainability, emphasis on conservation of rivers and ecosystems, denounces impact of megaprojects. All this is inseparable from politics, for it, the politics is also evaluated.
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  • Malcolm Allison H malcolm.mallison@gmail.com
  • Biólogo desde hace más de treinta años, desde la época en que aún los biólogos no eran empleados de los abogados ambientalistas. Actualmente preocupado …alarmado en realidad, por el LESIVO TRATADO DE(DES)INTEGRACIÓN ENERGÉTICA CON BRASIL
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