La revolución de los tejidos inteligentes: pantallas integradas en la tela y prendas que obtienen energía del cuerpo

Ingenieros de la Universidad de California han desarrollado una microrred que recoge y almacena energía del cuerpo humano para alimentar pequeños aparatos electrónicos. En Shanghái, otro equipo ha diseñado una pantalla completamente integrada en el tejido

La prenda está fabricada a partir de una combinación de piezas electrónicas. Todas son flexibles, lavables y han sido serigrafiadas en una disposición especial para optimizar la cantidad de energía que pueden acumular. Una simple camiseta puede convertirse así en una microrred portátil que recoge y almacena energía directamente del cuerpo humano, con la que es capaz de alimentar pequeños aparatos electrónicos. La clave es la combinación de tres elementos: pilas de biocombustible que se recargan con el sudor, dispositivos que utilizan la fricción y el movimiento para generar energía y supercondensadores capaces de almacenarla.

Esta microrred eléctrica ha sido desarrollada por un equipo de ingenieros especializados en nanobioeléctronica de la Universidad de California San Diego (UC) y forma parte de una nueva generación de tejidos flexibles e integrados que buscan revolucionar tanto la alimentación de gadgets y wereables como la forma en la que los utilizamos. «Al igual que una microrred urbana integra diversas fuentes de energía local y renovable, una microrred ponible integra dispositivos que recogen la energía de forma local en distintas partes del cuerpo», explica Lu Yin, estudiante de doctorado en la UC y coautor de un artículo aparecido esta semana en la revista Nature Communications.

Una vez que el usuario empieza a transpirar, las pilas -situadas la parte interna de la camiseta, a la altura del pecho- comienzan a generar energía, ya que están equipadas con enzimas que provocan un intercambio de electrones (entre moléculas de lactato y oxígeno presentes en el sudor). Por otro lado, las piezas que convierten la energía del movimiento en electricidad (generadores triboeléctricos) están colocadas en el exterior de la camiseta, en los antebrazos y a los lados del torso, cerca de la cintura, para así recoger la actividad al caminar o correr gracias la fricción que se produce.

FUENTE SOSTENIDA

El hecho de aprovechar tanto el movimiento como la transpiración permite a la microrred alimentar los dispositivos de forma sostenida. «Al sumar los dos elementos compensas las deficiencias de cada uno», explica Yin. «Son complementarios y sinérgicos y permiten un arranque rápido y una potencia continua«. Cada elemento proporciona un tipo de energía diferente: las pilas de biocombustible generan un voltaje bajo y continuo, mientras que los generadores triboeléctricos proporcionan impulsos de alto voltaje. Para que el sistema pueda aprovechar la energía correctamente los voltajes deben combinarse y regularse en uno solo, estable.

Ése es el papel de los supercondensadores, situados fuera de la camiseta, también a la altura del pecho. Actúan como un depósito que almacena temporalmente la energía de ambas fuentes y puede descargarla cuando sea necesario. «Se puede decir que las pilas de biocombustible son una especie de grifo que fluye lentamente y que los generadores triboeléctricos son como una manguera que lanza chorros de agua», describe Yin. «Los supercondensadores serían el depósito que ambos alimentan».

Los ingenieros pusieron la microrred a prueba en sesiones de 30 minutos (10 minutos de ejercicio en una bici estática o corriendo y 20 de descanso). El sistema fue capaz de alimentar un reloj LCD o una pequeña pantalla electrocrómica -un dispositivo que cambia de color en respuesta a un voltaje aplicado- en cada sesión.

Aunque existen otras aplicaciones, el sistema es especialmente útil para deportistas, que estarían cargando sus dispositivos con la energía de cada entrenamiento. «Pero no estamos limitados a un solo diseño, podemos adaptar el sistema seleccionando distintos tipos de captadores de energía para diferentes escenarios», matiza Yin. En concreto, el equipo ya está trabajando en otros modelos que puedan almacenar energía incluso mientras el usuario está sentado, o caminando lentamente en el exterior.

PANTALLA DE TELA

Y mientras en San Diego los ingenieros trabajan en prendas capaces de alimentar dispositivos electrónicos, en Shanghái otro equipo de investigadores trabaja en la integración de estos gadgets en los tejidos. Este mismo miércoles los científicos chinos describen en Nature la creación de un textil que sirve como pantalla. Flexible y resistente, sus creadores han tenido que resolver una dificultad añadida ya que los materiales convencionales utilizados en las pantallas en principio son incompatibles con la deformación natural que se produce con el uso de las prendas.

Pero este nuevo diseño hila fibras conductoras, fibras luminiscentes y fibras de algodón hasta crear una pantalla flexible de tela, lo que lo convierte en un material con un sinfín de usos prácticos. La pantalla se materializa gracias a las unidades electroluminiscentes que se forman en la intersección entre las fibras conductoras y las luminiscentes.

Los autores afirman que en los ensayos la gran mayoría de las unidades de luz se mantuvo estable incluso después de 1.000 ciclos de flexión, estiramiento y prensado. Además, señalan que el brillo de esas unidades se mantuvo estable tras 100 ciclos de lavado y secado.

Los ingenieros apuntan varias aplicaciones potenciales para el tejido, como una herramienta de navegación que muestra un mapa interactivo o una herramienta de comunicación que puede enviar o recuperar mensajes a través de una conexión Bluetooth con un smartphone. «Pueden utilizarse para campos biomédicos, por ejemplo; podemos hacer que emitan luz azul, que se usa para tratar algunas enfermedades como la ictericia neonatal de forma más segura y eficaz», explica Huisheng Peng ingeniero en la Universidad Fudan de Shanghai y autor principal del artículo en Nature. «Además, pueden usarse para viviendas inteligentes o para juguetes.

Peng explica que esta tecnología ya se puede producir «a gran escala, algunos productos ya están siendo probados por empresas para aplicaciones reales». La tela puede integrarse además con un teclado sensible al tacto y una fuente de alimentación propia (en este caso, baterías solares). «Y también podemos hacer que la unidad de energía sea textil, creando un sistema completamente autoalimentado», subraya. «En realidad no necesitamos otra tecnología para completar nuestro dispositivo».

Fuente: https://www.elmundo.es/ciencia-y-salud/ciencia/2021/03/10/6048dea8fc6c8327448b4577.html