¿Se siente más sudoroso por una ola de calor de verano? No se preocupe, no todo su sudor se desperdicia. En un artículo publicado el 13 de julio en la revista julio , los investigadores han desarrollado un nuevo dispositivo que recolecta energía del sudor en, de todos los lugares, las yemas de los dedos. Hasta la fecha, el dispositivo es el recolector de energía corporal más eficiente jamás inventado, produciendo 300 milijulios mJ deenergía por centímetro cuadrado sin ningún aporte de energía mecánica durante un sueño de 10 horas y 30 mJ adicionales de energía con solo presionar un dedo. Los autores dicen que el dispositivo representa un importante paso adelante para la electrónica portátil autosostenible.
"Normalmente, desea el máximo retorno de la inversión en energía. No desea gastar mucha energía en el ejercicio para recuperar solo un poco de energía", dice el autor principal Joseph Wang @JWangnano, profesor de nanoingeniería enla Universidad de California en San Diego. "Pero aquí, queríamos crear un dispositivo adaptado a la actividad diaria que no requiera casi ninguna inversión de energía: puede olvidarse por completo del dispositivo e irse a dormir o trabajar en el escritorio como escribir, y aún así continuarpara generar energía. Puedes llamarlo 'poder de no hacer nada' ".
Los dispositivos de energía basados en el sudor anteriores requerían ejercicio intenso, como correr mucho o andar en bicicleta, antes de que el usuario sudara lo suficiente como para activar la generación de energía. Pero la gran cantidad de energía consumida durante el ejercicio puede cancelar fácilmente la energía producida, a menudoresultando en un retorno de energía de la inversión de menos del 1%.
Por el contrario, este dispositivo pertenece a lo que los autores llaman la categoría de recolectores de energía del "santo grial". En lugar de depender de fuentes externas e irregulares como la luz solar o el movimiento, todo lo que necesita es el contacto de los dedos para recolectar más de 300 mJ de energía.durante el sueño, que según los autores es suficiente para alimentar algunos dispositivos electrónicos portátiles pequeños. Dado que no se necesita ningún movimiento, la relación entre la energía recolectada y la energía invertida es esencialmente infinita.
Puede parecer extraño elegir las yemas de los dedos como la fuente de este sudor sobre, por ejemplo, las axilas, pero de hecho, las yemas de los dedos tienen la mayor concentración de glándulas sudoríparas en comparación con cualquier otra parte del cuerpo.
"Generar más sudor en los dedos probablemente evolucionó para ayudarnos a agarrar mejor las cosas", dice el primer coautor Lu Yin @YinLu_CLT, un estudiante de doctorado en nanoingeniería que trabaja en el laboratorio de Wang.como unos pocos microlitros por centímetro cuadrado por minuto. Esto es significativo en comparación con otras partes del cuerpo, donde las tasas de sudoración son quizás dos o tres órdenes de magnitud más pequeñas ".
El dispositivo que los investigadores desarrollaron en este estudio es un tipo de recolector de energía llamado celda de biocombustible BFC y funciona con lactato, un compuesto disuelto en el sudor. Desde el exterior, parece una simple pieza de espuma conectada a uncircuito con electrodos, todos los cuales se adhieren a la yema de un dedo. La espuma está hecha de material de nanotubos de carbono y el dispositivo también contiene un hidrogel que ayuda a maximizar la absorción del sudor.
"El tamaño del dispositivo es de aproximadamente 1 centímetro cuadrado. Su material también es flexible, por lo que no debe preocuparse por que sea demasiado rígido o se sienta extraño. Puede usarlo cómodamente durante un período prolongado de tiempo,"dice Yin.
Dentro del dispositivo, ocurren una serie de reacciones electroquímicas. Las celdas están equipadas con una bioenzima en el ánodo que oxida o elimina electrones del lactato; el cátodo se deposita con una pequeña cantidad de platino para catalizar una reacción de reducción quetoma el electrón para convertir oxígeno en agua. Una vez que esto sucede, los electrones fluyen desde el lactato a través del circuito, creando una corriente de electricidad. Este proceso ocurre espontáneamente: mientras haya lactato, no se necesita energía adicional para iniciar el proceso.
Separados del BFC, pero complementarios al BFC, los generadores piezoeléctricos, que convierten la energía mecánica en electricidad, también están conectados al dispositivo para recolectar hasta un 20% de energía adicional. Dependiendo del movimiento natural de pellizco de los dedos o movimientos cotidianos como escribir, estos generadores ayudaron a producir energía adicional a partir de casi cualquier trabajo: una sola presión de un dedo una vez por hora requería solo 0.5 mJ de energía pero producía más de 30 mJ de energía, un retorno de la inversión del 6,000%.
Los investigadores pudieron usar el dispositivo para alimentar sistemas eficaces de detección de vitamina C y sodio, y son optimistas sobre la mejora del dispositivo para que tenga capacidades aún mayores en el futuro, lo que podría hacerlo adecuado para aplicaciones de salud y bienestar comocomo medidores de glucosa para personas con diabetes. "Queremos que este dispositivo se integre más estrechamente en formas portátiles, como guantes. También estamos explorando la posibilidad de habilitar la conexión inalámbrica a dispositivos móviles para una detección continua extendida", dice Yin.
"Hay un gran potencial emocionante", dice Wang. "Tenemos diez dedos para jugar".
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