Esta innovadora hoja artificial podría ser especialmente útil para aplicaciones agrícolas y monitorización medioambiental remota
Muchos proyectos buscan generar energía a partir de pequeños dispositivos y uno de ellos puede recogerla del agua o del viento con la ayuda de las plantas.
Investigadores italianos desarrollaron un sistema especial que puede integrarse en las plantas y genera electricidad a partir de las gotas de lluvia o el viento.
Un estudio publicado en IEEE Robotics and Automation Letters revela que, en condiciones de lluvia o viento, puede generar electricidad suficiente para encender luces LED y alimentarse a sí mismo.
El dispositivo creado por investigadores del Instituto Italiano de Tecnología de Génova consiste en una hoja artificial que tiene una capa de elastómero de silicona en el envés añadida entre las hojas de una planta real. La magia se produce cuando ambas hojas se mueven con el viento y las dos superficies se tocan y vuelven a separarse, creando cargas estáticas en la cutícula de la hoja de la planta y en el dispositivo.
Otros cosechadores de energía integrados en plantas utilizan una técnica similar para generar electricidad a partir del viento, pero este grupo de investigación llevó su trabajo un paso más allá, permitiendo que su creación cosechara también energía de las gotas de lluvia.
La hoja artificial tiene encima otra capa de etileno propileno fluorado. Cuando las gotas de lluvia caen sobre esta capa superior, cargan la superficie y conectan los electrodos incrustados dentro y encima de la hoja artificial, creando un condensador.
A medida que las gotas de lluvia se encogen y se extienden por la superficie de la hoja, el acoplamiento capacitivo entre los electrodos cambia, produciendo una corriente. Con este mecanismo, las gotas de lluvia individuales crean picos de tensión y corriente de más de 40 voltios y 15 microamperios, y pueden alimentar directamente 11 luces LED.
Los investigadores creen que este innovador dispositivo podría ser especialmente útil para aplicaciones agrícolas y de vigilancia medioambiental a distancia, donde se necesitan sensores autoalimentados para observar la salud de las plantas o controlar las condiciones meteorológicas.
“Las aplicaciones potenciales se encuentran en los campos de la agricultura inteligente y de precisión y la vigilancia medioambiental como fuente de energía y sensores autoalimentados que observan la salud de las plantas y para vigilar in situ las condiciones climáticas y meteorológicas, especialmente el viento y la lluvia, integrándose perfectamente en el ecosistema”, explicó a Metro Fabian Meder, investigador que estudia robótica blanda bioinspirada en el Instituto Italiano de Tecnología.
“Los recolectores de energía podrían alimentar otros sistemas de forma más sostenible, por ejemplo sin baterías”.
— Fabian Meder, investigador de robótica blanda bioinspirada del Instituto Italiano de Tecnología.
Pequeños dispositivos que generan energía
Una antena aprovecha la energía de las ondas de radio
Investigadores de la Universidad del Sur de Florida (EE.UU.) acaban de desarrollar una nueva antena basada en una metasuperficie capaz de cosechar energía a partir de ondas de radio, como las utilizadas en redes de telefonía móvil o conexiones Bluetooth.
Este anillo convierte el calor corporal en energía
Investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder (EE.UU.) están desarrollando un pequeño anillo para llevar puesto que aprovecha el calor natural de una persona y utiliza generadores termoeléctricos para convertir la temperatura corporal interna en electricidad.
Climfeet
Climfeet es una plantilla de doble uso que puede evitar que se le congelen los dedos de los pies y mantenerlos frescos durante los meses más calurosos. Su diseño reversible de dos caras significa que cuando cambia la estación, el usuario puede darle la vuelta a la plantilla para conseguir el efecto contrario. Este dispositivo genera energía a partir del movimiento de los pies.
Entrevista
Fabián Meder, investigador de robótica blanda bioinspirada del Instituto Italiano de Tecnología.
P: ¿Por qué decidieron utilizar plantas para captar energía?
- Buscábamos oportunidades para convertir la energía ambiental en electricidad en el entorno de las plantas, como las hojas que se agitan con el viento y las gotas de lluvia que caen sobre las hojas. También pretendemos sustituir los componentes artificiales de los captadores de energía por los materiales y estructuras de la planta para reducir los materiales que hay que producir para realizar los sistemas y hacer así más sostenible toda la captación de energía.
P: Háblenos del dispositivo de recolección de energía que puede integrarse en las plantas. ¿Cómo puede este dispositivo generar electricidad?
- Nuestros dispositivos suelen funcionar instalados en la parte superior de una hoja de una planta viva, aunque también se pueden utilizar dispositivos sin planta. Sin embargo, si se utiliza una planta, ésta también convierte la energía. Utilizamos la electrificación por contacto sólido-sólido y líquido-sólido como mecanismos de conversión de energía. La captación de energía eólica se realiza mediante electrificación de contacto sólido-sólido entre la superficie de la hoja de la planta y la superficie inferior de nuestro dispositivo, una capa de elastómero de silicona. Cuando la hoja se mueve con el viento, las dos superficies se tocan y vuelven a separarse creando cargas estáticas en la cutícula de la hoja de la planta y en nuestro dispositivo. Estas cargas se inducen en el tejido celular interno de la planta, donde crean una corriente. Podemos recoger esta corriente mediante un electrodo insertado en el tejido de la planta. Las cargas en la superficie inferior de los dispositivos se inducen en un electrodo en el dispositivo intercalado entre la capa de elastómero y el etileno propileno fluorado (FEP) en la parte superior del dispositivo.
P: ¿Y la energía de la lluvia?
- La recolección de energía de la lluvia se produce a través de esta capa de FEP. En este caso, las gotas de lluvia que golpean la capa de FEP la cargan debido a la electrificación por contacto líquido-sólido. Para recoger esta energía, creamos una estructura de electrodos en la superficie de FEP a la que se conecta eléctricamente la gota de lluvia. Así, mientras se extiende por la superficie de la hoja, la gota se convierte en parte de un electrodo que forma un condensador junto con el electrodo intercalado en el dispositivo que ya utilizamos para la recolección de energía eólica. La dinámica de la gotita sobre la superficie de FEP cargada creada por la energía cinética y la consiguiente extensión y contracción de la gotita sobre esta superficie modifican el acoplamiento capacitivo entre los electrodos que producen la corriente.
P: ¿Qué aplicaciones podría tener su dispositivo?
- Los dispositivos pueden alimentar LED y nodos sensores de bajo consumo, como sensores de temperatura inalámbricos. Aun así, es necesario investigar un poco antes de definir el producto final; por ejemplo, queremos probar los sistemas en detalle en exteriores y en condiciones de viento y lluvia muy variables. Creemos que las aplicaciones potenciales están en los campos de la agricultura inteligente y de precisión y la vigilancia medioambiental como fuente de energía y sensores autoalimentados que observan la salud de las plantas y vigilan in situ las condiciones climáticas y meteorológicas, especialmente el viento y la lluvia, integrándose perfectamente en el ecosistema.
P: ¿Cómo puede contribuir su dispositivo a la lucha contra el calentamiento global?
- En este momento es difícil decirlo. Por un lado, el dispositivo podría utilizarse para vigilar las condiciones meteorológicas y ayudar así a obtener datos locales sobre las variaciones del clima. Por otro, los recolectores de energía podrían alimentar otros sistemas de forma más sostenible, por ejemplo sin baterías. Y aquí es donde las plantas desempeñan un papel principal -como en la agricultura- para ser más eficientes y, de este modo, reducir el impacto climático. Sin embargo, aún hay que seguir investigando para optimizar los materiales y la potencia de salida, así como para probar los dispositivos en condiciones exteriores variables.
Fuente: metroworldnews.com