Un residuo habitual de la cocina podría acabar formando parte de pequeños dispositivos electrónicos
Investigadores en India utilizaron Cáscaras de Ajo trituradas y Polietileno, para fabricar un nanogenerador que transforma el movimiento mecánico en señales eléctricas y el prototipo, alcanzó unos 400 V y se utilizó para detectar la apertura de una puerta con una precisión del 92 por ciento.
De residuo de cocina a generador eléctrico: las pieles secas que envuelven los dientes de ajo suelen terminar en la basura o en el mejor de los casos, en el compost, aunque sin embargo, su estructura superficial presenta características interesantes para un fenómeno conocido como “Electrificación por Contacto”.
Manas Tiwari y Deepak Bharti, investigadores del Malaviya National Institute of Technology de Jaipur, aprovecharon estas propiedades, para desarrollar un Nanogenerador Triboeléctrico (TENG) a partir de cáscara de ajo.
El trabajo, publicado en IEEE Sensors Letters, plantea una forma sencilla de valorizar este residuo al convertirlo en el componente activo de un pequeño generador y sensor autoalimentado que funciona en base al mismo principio que explica algunas características de la electricidad estática, ya que cuando dos metales con diferente captación o pérdida de electrones se contactan y se separan, surge una diferenciad e potencial.
En este caso, la cáscara de ajo actúa como material electropositivo, mientras que una lámina de polietileno funciona como material electronegativo y el movimiento repetido de contacto y separación entre ambos, genera una señal eléctrica.
Hasta 400 V utilizando cáscaras de ajo: para fabricar el dispositivo, los investigadores trituraron las cáscaras de ajo, colocaron el material sobre una lámina de polietileno y en la configuración más sencilla, con material de ajo en una sola cara, produjo cerca de 210 V en circuito abierto y 45 µA de corriente de cortocircuito, con una densidad de potencia de 2,16 W/m² y el resultado mejoró de manera considerable, al colocar cáscara de ajo a ambos lados del polietileno.
Esta configuración, alcanzó alrededor de 400 V y 65 µA, es decir una tensión elevada, pero si se pone el dato en contexto, la corriente es muy pequeña, por lo que no se trata de un generador destinado a alimentar electrodomésticos, sino de una tecnología apropiada para “sensores y dispositivos electrónicos de muy bajo consumo”.
Además, agregar más capas, no produjo incrementos importantes de la generación eléctrica, aunque los investigadores quieren estudiar con mayor detalle esta situación.
Una puerta que detecta por sí misma cuándo se abre: para demostrar una aplicación práctica, el equipo convirtió el nanogenerador, en un sensor para un sistema de seguridad doméstica y el dispositivo se instaló entre la parte superior de una puerta y su marco y al abrirse la puerta, las capas del sensor se separan y produjeron un pico de tensión y esa señal, puede ser usada de manera directa para saber que se produjo movimiento, lo que evita la necesidad de alimentar de manera eléctrica, el propio elemento sensor.
En el prototipo experimental, la señal se envía a un microcontrolador conectado a un módulo Bluetooth, que transmite la información a una aplicación Android desarrollada por los investigadores, que genera una alerta de voz en tiempo real cuando alguien abre la puerta.
En una serie de 50 pruebas, el sistema identificó de manera correcta, la apertura de la puerta en el 92 por ciento de los casos, aunque hay una diferencia importante entre un sensor autoalimentado y un sistema completamente autónomo.
El nanogenerador de cáscara de ajo no necesita una fuente externa para producir la señal, pero el microcontrolador y el módulo Bluetooth utilizados en la demostración sí estaban alimentados mediante una batería externa.
Por qué cáscara de ajo: no es solo a que sea un residuo abundante, sino a que su piel es liviana, biodegradable, presenta una superficie rugosa y estratificada por lo que esa microestructura, favorece el contacto entre superficies y con ello, el intercambio de cargas necesario para la generación triboeléctrica.
Ventaja ambiental: parte de los materiales empleados de manera tradicional, como capas activas en dispositivos triboeléctricos son polímeros sintéticos, mientras que al incorporar residuos vegetales, se podría reducir la cantidad de material convencional necesario y al mismo tiempo, proporcionar una segunda utilidad a subproductos que normalmente se desechan y el equipo, ya había estudiado otros residuos vegetales, entre ellos cáscara de maní y residuos de caña de azúcar, dentro de esta misma línea de investigación.
Tiempo de almacenado sin perder prácticamente rendimiento: otra de las cuestiones fundamentales cuando se emplean materiales biológicos en electrónica es su estabilidad y los resultados, también resultaron prometedores, ya que según los investigadores, el dispositivo mantuvo su comportamiento eléctrico después de permanecer seis meses almacenado en condiciones ambientales y también conservó su funcionamiento después de 200 ciclos de esfuerzo mecánico.
Aunque esto no demuestra todavía la durabilidad necesaria para un producto comercial que deba funcionar durante años, sí indica que utilizar un residuo vegetal no implica fabricar un sensor muy efímero.
La puerta, permite demostrar un concepto: un nanogenerador triboeléctrico responde a movimientos, presiones y vibraciones y en principio, dispositivos en base a este mecanismo, podrían ser utilizados para detectar pisadas, desplazamientos, golpes o vibraciones sin tener que mantener de manera continua, alimentado el sensor.
Esta característica resulta muy interesante para la Internet de las Cosas, donde pueden desplegarse grandes cantidades de pequeños sensores y el mantenimiento o sustitución periódica de baterías se convierte en un problema.
El objetivo, no sería obtener grandes cantidades de energía, sino aprovechar movimientos que de manera habitual, se desperdician para producir la pequeña señal eléctrica, necesaria para detectar que algo ha sucedido.
Detalle importante: el elemento fabricado con cáscaras de ajo, puede generar de manera individual, la señal eléctrica que indica que la puerta está abierta, aunque el sistema total, no funciona sin alimentación, ya que en el prototipo, el microcontrolador y el módulo Bluetooh, utilizan una fuente de energía extra.
Nomyc-7-10-26
