Ejercicio, dispositivos portátiles, sudor y electricidad
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¿Qué pasaría si pudieras usar el cuerpo humano para alimentar dispositivos electrónicos?
Un grupo de científicos de la Universidad de California en San Diego (UCSD) está haciendo exactamente eso.
AdvertisementAdvertisementEn un artículo publicado en la revista Energy & Environmental Science, los autores informaron sobre su reciente invención de un parche flexible para la piel que genera electricidad a partir del sudor humano.
"Es como una batería, pero la energía es generada por una sustancia química llamada lactato", dijo Amay Bandodkar, primer autor del artículo, a Healthline.
Ahora es un becario postdoctoral en la Universidad de Northwestern, Bandodkar completó recientemente un doctorado en nanoingeniería en la UCSD.
Anuncio"El lactato en el sudor es básicamente consumido por este parche, que genera electricidad que puede usarse para alimentar otros dispositivos médicos", dijo.
El parche exhibe un voltaje de circuito abierto de 0. 5 voltios, y una densidad de potencia de casi 1. 2 milivatios por centímetros al cuadrado.
AdvertisementAdvertisementEso representa la densidad de potencia más alta registrada hasta la fecha para una célula de biocombustible portátil. De hecho, es casi 10 veces más poderoso que los dispositivos anteriores.
Hasta ahora, los desarrolladores han usado el parche para alimentar un diodo emisor de luz (LED) y una radio Bluetooth Low Energy (BLE).
En el futuro, creen que se puede usar para alimentar sensores diseñados para monitorear la salud y el estado físico de los usuarios.
"En este momento, tenemos todos estos sensores y sistemas portátiles que requieren baterías voluminosas. Y muchas veces, el peso de la batería es mucho mayor que el peso del dispositivo real ", explicó Bandodkar. "Pero lo que tienes con este parche es un sistema de recolección de energía en el cuerpo, que puede generar electricidad de tu cuerpo y usarla para alimentar otros sistemas portátiles. "
Al eliminar la necesidad de baterías voluminosas, las células portátiles de biocombustibles pueden ayudar a los expertos a desarrollar dispositivos médicos más pequeños y livianos que puedan usarse en el cuerpo y que también sean alimentados por él.
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Estirable suficiente para pieles
Aunque se necesita más investigación, este parche representa un desarrollo significativo en el campo de las células de biocombustibles portátiles.
Además de exhibir alta densidad de potencia, también es lo suficientemente flexible como para adaptarse al cuerpo humano.
Anuncio"Para hacer un dispositivo portátil, tenemos que hacerlo muy flexible o incluso elástico", dijo a Healthline Yue Gu, coautor del estudio y estudiante de doctorado de segundo año de UCSD.
De lo contrario, el dispositivo se rompería bajo la tensión del movimiento.
AdvertisementAdvertisementPara crear un dispositivo flexible, los investigadores organizaron estructuras rígidas de nanotubos de carbono tridimensionales en una configuración estirable de "puente de isla".
En este diseño, las islas firmemente unidas están conectadas por puentes serpentinos.
Cuando se someten a movimiento, los puentes se desenrollan y deforman.
AnuncioEsto permite que los puentes se adapten al estrés, mientras que limita la tensión en las islas.
"Pudimos incorporar una gran cantidad de materiales de células de biocombustible activas en estas estructuras de nanotubos de carbono tridimensionales", explicó Bandodkar. "Entonces pudimos poner estas estructuras rígidas en la parte superior de estas islas aisladas. Entonces, incluso cuando lo estiramos, estas estructuras no experimentaron ningún estiramiento. "
AdvertisementAdvertisement" Así fue como pudimos mantener la densidad de alta potencia, al tiempo que incorporamos las suaves propiedades elásticas ", agregó Bandodkar.
Este enfoque innovador permitió a los investigadores crear una célula de biocombustible portátil que puede generar energía estable durante dos días, a pesar de los estiramientos repetidos.
Según Gu, es el primer dispositivo que integra una celda de biocombustible en el diseño del puente de la isla.
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La colaboración es clave
Para desarrollar un dispositivo como este, el trabajo en equipo interdisciplinario es fundamental.
Miembros de tres grupos de investigación diferentes en UCSD participaron en este proyecto, incluidos grupos liderados por los coautores Joseph Wang, PhD; Sheng Xu, PhD; y Patrick Mercier, PhD.
"El grupo del profesor Wang tiene experiencia en la fabricación de los componentes activos de la celda de biocombustible", explicó Bandodkar. "El grupo del Profesor Xu tiene experiencia en la creación de estas estructuras de puente de isla suaves y elásticas. Y el grupo del Profesor Mercier tiene experiencia en electrónica de baja energía. "
En el pasado, los investigadores de estos grupos también han trabajado en otras tecnologías portátiles.
Por ejemplo, Bandodkar, Wang y sus colegas desarrollaron anteriormente sensores parecidos a tatuajes diseñados para controlar los niveles de electrolitos y glucosa.
Ahora están interesados en saber si el parche cutáneo de células de biocombustible puede usarse para alimentar esos sensores.
"Cuando trabajamos en este tipo de cosas, la batería siempre es un problema", dijo Bandodkar. "Ahora, lo que queremos hacer es usar estas células de biocombustible para alimentar los sensores químicos. Eso es algo que estamos en el proceso de explorar. "
A través de su colaboración interdisciplinaria, los creadores del parche cutáneo de células de biocombustibles están ayudando a impulsar el campo de los sensores y sistemas de salud portátiles.
