La fusión entre el ser humano y la tecnología es cada vez mayor. Campos de investigación como la robótica blanda o la miniaturización de los componentes ha propiciado la creación de toda clase de dispositivos portátiles. Si ya no sorprende en España ver a cientos de personas por las calles vigilar su salud con pulseras y relojes inteligentes, el futuro promete traer una revolución en forma de parches e implantes capaz de solo funcionar con el calor y sudor del cuerpo.

Desde hace años se publican cientos de artículos de investigación mostrando avances en un parche que usa ultrasonidos para administrar medicación sin pinchazos, una piel electrónica para prótesis con la mente, hasta el parqué que genera electricidad al pisarlo. Además de la resistencia y flexibilidad de todos estos inventos, la ciencia busca hacerles independientes de baterías y cargadores con nuevas fuentes de energía renovables, como puede ser el calor corporal. 

Investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado un dispositivo portátil que puede aprovechar el calor para generar su propia energía. El principal potencial de este prototipo es su flexibilidad y resistencia, lo que le permite funcionar con el calor corporal de una persona o como accesorio de estos equipos tecnológicos. Los resultados del trabajo se publicaron en un artículo para la revista científica Advanced Materials.

Contra golpes y tirones

"Tan pronto como te pones el dispositivo, el LED se enciende. Esto no era posible antes", explica el autor principal Mohammad Malakooti, ​​profesor adjunto de ingeniería mecánica de la UW. El prototipo de este equipo de investigación puede aprovechar la energía del calor corporal y convertirla en electricidad para alimentar pequeños dispositivos electrónicos, como baterías, sensores o LED.

La meta marcada por el equipo era otorgar flexibilidad a su invento. A diferencia de otros dispositivos termoeléctricos flexibles fabricados con electrodos de cobre inextensibles y compuestos a base de carbono, estos TEG son duraderos y pueden doblarse, torcerse y estirarse. La universidad asegura que la tecnología sigue funcionando incluso después de haber sido perforado el prototipo en varias ocasiones y estirado 2.000 veces con una tensión del 50%.

El equipo de investigadores ha avanzado considerablemente en los últimos años de pruebas. En 2022, aseguraban que su dispositivo seguía siendo capaz de funcionar tras más de 15.000 ciclos de estiramiento con una tensión del 30%: "refleja las limitaciones de extensibilidad de la piel y, por lo tanto, es una característica muy deseable para la electrónica portátil y la robótica blanda", afirmaban. Con los últimos datos presentados, los investigadores aseguran que estos TED funcionan a niveles de tensión de hasta el 230%.

El proceso de diseño y fabricación comenzó con simulaciones por ordenador para determinar la mejor combinación de materiales y estructuras del dispositivo y luego crearon casi todos los componentes en el laboratorio. El dispositivo flexible y duradero resultante está compuesto de tres capas principales: semiconductores termoeléctricos rígidos en el centro, compuestos impresos en 3D alrededor de ellos y, por último, trazas de metal líquido impresas que conectan los semiconductores.

Los semiconductores termoeléctricos convierten el calor en electricidad. Los materiales impresos en 3D potencian la conversión de energía y reducen el peso. Por último, las trazas de metal líquido proporcionan elasticidad, conductividad y autorreparación eléctrica. Además, el metal líquido mejora el rendimiento del dispositivo al mejorar la transferencia de calor a los semiconductores, mejorando así la conversión de energía.

En tu cuerpo y en centros de datos

Adaptándose a la flexibilidad de la piel y aprovechando su calor, este generador puede proporcionar electricidad suficiente para sensores médicos con los que controlar las constantes de un paciente día y noche. Los investigadores indican que el invento es capaz de ofrecer una densidad de potencia considerablemente alta de 115,4 µW cm⁻ 2 a un gradiente de baja temperatura de 10 °C.

También puede instalarse en tejidos flexibles como la ropa u objetos portátiles como relojes o anillos inteligentes. En los últimos años la ropa ha evolucionado para suavizar el impacto de las temperaturas extremas del clima, desde el frío en invierno al calor en verano. Este invento podría mantener en funcionamiento un sensor de temperatura con el que activar la función refrescante de la ropa cuando fuera necesario.

Pero el cuidado de personas no es el único objetivo de este estudio. Los investigadores ponen de ejemplo otros destinos completamente diferentes como su uso en centros de datos, donde los servidores y equipos informáticos consumen una cantidad sustancial de electricidad y generan calor, lo que supone un gasto aún mayor para mantenerlos fríos.

"Nuestros dispositivos pueden capturar ese calor y reutilizarlo para alimentar sensores de temperatura y humedad. Además, no hay necesidad de preocuparse por el mantenimiento, el cambio de baterías o la adición de nuevo cableado", asegura Malakooti. Esto abre una amplia variedad de posibilidades para nutrir de electricidad miles de dispositivos con el simple aprovechamiento del calor que generan otras máquinas, una técnica de simbiosis tecnológica y sostenible.