Adiós a buscar enchufes: este revolucionario invento puede cargar los dispositivos con las vibraciones de tus pisadas

Explica una de las leyes fundamentales de la física que la energía no se crea ni se destruye, se transforma. Por lo tanto, aprovecharla en múltiples escenarios para generar electricidad no debería resultar extraño. Incluso, cuando se trata de utilizar cualquier vibración para alimentar a miles de dispositivos.

Un móvil vibra y todo el mundo se gira a comprobar si es el suyo; pasa el metro y el suelo de la calle tiembla; cientos de personas andando por una misma calle producen vibraciones en el pavimento. El mundo está en permanente vibración y los billones de dispositivos eléctricos que lo pueblan podrían beneficiarse de ello.

Investigadores de la Universidad Nacional de Taiwán han desarrollado un nuevo sistema que captura la energía de las vibraciones con mayor eficiencia que los convencionales receptores piezoeléctricos que ya se usan en muchos objetos cotidianos.

¿Cómo funciona la piezoelectricidad?

Esta tecnología no es nueva, aunque para algunos lectores sea la primera vez que oyen hablar de ella. Se pueden encontrar, por ejemplo, en los relojes de cuarzo: este material oscila a una frecuencia precisa cuando se le aplica un voltaje, así se consigue una medición precisa del tiempo.

También se usa este fenómeno en dispositivos táctiles que emplean piezoelectricidad para proporcionar retroalimentación háptica al usuario, simulando la sensación de un botón o una tecla al ser presionado. Los micrófonos son piezoeléctricos, reciben las ondas producidas por el sonido y las convierten en energía que después es traducida en sonido.

Incluso, se utiliza esta tecnología para producir chispas en un encendedor, e incluso en la tecnología de la salud con los equipos de ultrasonido. Pero su uso se ha extendido como fuente de energía renovable. A lo largo de la última década se han creado y planteado diferentes pavimentos capaces de generar electricidad a través de la fuerza de la pisada de quienes los transitan.

El término piezoeléctrico hace referencia a la capacidad de algunos materiales para generar energía al someterlos a tensiones mecánicas. Materiales como el cuarzo, el rubidio o la turmalina son los más conocidos. No obstante, también se da el caso inverso, en el que los materiales se deforman cuando son sometidos a un campo eléctrico, para después volver a su estado original al interrumpirse el proceso.

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El diseño más tradicional de un recolector de energía piezoeléctrico se parece a un trampolín, una pieza delgada compuesta por uno de estos materiales se dobla y vibra, esa tensión activa al material para generar electricidad.

El problema de este sencillo diseño es que solo funciona a unas frecuencias de vibración muy específicas y la tensión máxima se concentra en el extremo, disminuyendo su rendimiento según se acerca al centro del dispositivo.

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Esto es lo que ha querido mejorar este grupo de investigadores taiwaneses que ha publicado sus avances en la revista Energy Conversion and Management.

Un nuevo diseño

Su respuesta fue un diseño que intercambia la flexión por el estiramiento. Explicado más en detalle, una fina película de PVDF se estira uniformemente como un parche de tambor, de modo que cada pieza contribuye a la generación de electricidad. Sin embargo, la clave radica en una diminuta masa deslizante. Esta masa se mueve sola, impulsada por el tira y afloja entre las fuerzas de inercia y la gravedad.

Cuando el entorno tiembla con más fuerza, la masa se desliza hacia afuera, reduciendo la frecuencia preferida del recolector. Cuando la vibración cede, la gravedad la retrae y eleva la frecuencia. En cierto sentido, se produce un balanceo parecido a un violinista tocando su instrumento. Así,el dispositivo se afina de forma automática y ajusta sus propias cuerdas en plena interpretación de las frecuencias de vibración.

coche conectado carretera conectada

En comparación con los diseños convencionales, el nuevo recolector produjo casi el doble de potencia y funcionó en casi el doble del rango de frecuencia durante las pruebas de laboratorio. En una de ellas, la salida alcanzó casi 29 voltios.

El estudio publicado detalla que, con excitaciones de 0,5 g, el voltaje máximo alcanza 28,98 V (1,71 veces mayor que el de los recolectores no lineales de modo estirado sin autoajuste), con un ancho de banda 1,83 veces mayor, lo que demuestra un rendimiento superior para aplicaciones de recolección de energía.

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Este recolector autoajustable promete adaptarse constantemente y mantener el ritmo ante las frecuentes variaciones de un mundo que no vibra siempre igual. "Al permitir que el recolector se adapte a su entorno, se abre la puerta a una recolección de energía más eficiente para dispositivos autoalimentados", dice el profesor Wei-Jiun Su, autor principal del estudio.

La potencia conseguida durante las pruebas es interesante para un pequeño equipo que cabe en la palma de la mano. Avances como este pueden acercar un futuro en el que sensores inalámbricos o pequeños dispositivos se alimenten de forma independiente durante décadas.

Hay que tener en cuenta que la conducción asistida o autónoma demanda carreteras plagadas de sensores que ayuden a los coches inteligentes a gestionar el tráfico. Es solo un ejemplo del futuro que se vislumbra, plagado de dispositivos IoT y que las energías renovables convencionales no pueden hacer frente solas.