El Tamiz

Ignora lo accesorio, atesora lo esencial

Nanogenerador piezoeléctrico

Sí, ya sé que el título suena un poco a “generador de fluzo”, pero no es de ese estilo…Ingenieros del Georgia Institute of Technology han conseguido fabricar un dispositivo (cuyo diseño habían anunciado ya el año pasado en Scientific American) que puede hacer avanzar mucho la nanotecnología: un generador de corriente eléctrica a escala nanométrica que funciona con vibraciones.

Básicamente, este nanogenerador funciona así: imagina dos capas finas de material, planas y paralelas. Una de ellas es lisa, pero la cara inferior de la otra está cubierta de “dientes de sierra”. Las dos capas están unidas por un haz de fibras de óxido de zinc (separadas unas de otras media micra), todas más o menos de la misma altura: las fibras están fijas a la capa lisa, y sus puntas encajan, libres, en los huecos del diente de sierra de la otra, como puedes ver en la figura:

Nanogenerador

Crédito: Georgia Institute of Technology.

Cuando sobre el generador incide una vibración mecánica, por ejemplo, ultrasonidos, la capa con dientes de sierra (que, recuerda, no está pegada a las fibras de óxido de zinc) vibra hacia arriba y abajo, doblando las fibras repetidamente (al ritmo de la onda ultrasónica). ¿Cómo se produce la energía eléctrica? Aquí está el secreto: las fibras de óxido de zinc son piezoeléctricas. Es decir, igual que el cuarzo en el reloj que llevas puesto, producen una corriente eléctrica cuando son deformadas.

Las dos láminas están unidas por un cable, de manera que la pequeña corriente eléctrica producida por cada fibra cuando se dobla puede circular por un circuito cerrado. Esta corriente puede entonces ser utilizada por la nanomáquina que acarrea el generador, siempre que reciba vibraciones suficientes para hacerlo funcionar - aunque los ingenieros ya están estudiando cómo almacenar la energía generada, como veremos luego.

Los experimentos realizados han conseguido producir corriente de un nanoamperio y un milivoltio, lo cual no parece mucho, pero ten en cuenta que las fibras de óxido de zinc miden una micra de longitud. Además de las aplicaciones en nanotecnología médica, estos dispositivos, a mayor escala, podrían incluso utilizarse para generar corriente eléctrica andando, si se colocan en la suela del zapato.

La relevancia de la noticia me parece bastante grande. Ya hemos hablado antes en otros artículos de nanotecnología de cuál es uno de los grandes problemas de esta tecnología en ciernes: un nanorobot necesita energía para funcionar, pero las pilas químicas suelen ser muy pesadas para ser acarreadas. ¿Cómo generar energía eléctrica en la nanomáquina, si no puede llevarla almacenada? Una solución sería una dinamo, pero (aparte de las dificultades de fabricación, aunque se siguen haciendo progresos en la fabricación de mecanismos diminutos [enlace externo] la viscosidad de los líquidos aumenta cuando te haces muy pequeño, de manera que sería como hacer funcionar una dinamo en puré de guisantes: no es fácil.

Los materiales empleados en este nanogenerador, además, no son tóxicos: las láminas están hechas de un polímero flexible (puesto que deben flexionarse con la vibración) o arseniuro de galio. El borde de los “dientes de sierra” está cubierto con platino, para que conduzca bien. Y, como ya hemos dicho, las fibras piezoeléctricas son de óxido de zinc, que tampoco es tóxico. De manera que este generador podría usarse para proporcionar energía a nanorobots en el interior de nuestro cuerpo. No debe ser una sorpresa entonces que uno de los patrocinadores de este proyecto sea el Emory-Georgia Tech Center of Cancer Nanotechnology Excellence, ya que el cáncer es una de las enfermedades cuya curación más se podría beneficiar de la nanotecnología - nanorobots significan precisión absoluta a la hora de matar las células correctas, una a una.

Al leer otros de los patrocinadores ya me he puesto más nervioso. Por ejemplo, uno de ellos es DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), la agencia de proyectos tecnológicamente avanzados del gobierno americano. ¿Nanorobots en la guerra? Sí, a mí también me da escalofríos.

Las siguientes etapas del proyecto consistirán en perfeccionarlo y aumentar la potencia generada: por un lado, se quieren añadir condensadores para poder acumular energía si no se va a utilizar en ese instante. Por otro, se pretende mejorar la fabricación de las nanofibras de óxido de zinc para que sean todas exactamente igual de largas: esto es más complicado de lo que parece dadas sus dimensiones, y si no son todas iguales entonces algunas no se doblan lo suficiente (las más altas “sujetan el techo” por encima y no les dejan tocar los dientes de sierra). Además, si se consiguen poner varios “pisos” de láminas con fibras entre ellas puede multiplicarse la corriente producida de manera acorde.

Para saber más (todos en inglés): Scientific American, Physorg, Georgia Institute of Technology.

Nanotecnología, Tecnología

7 comentarios

De: Jiuck
2007-04-08 10:29:15

Enhorabuena por el blog. Es muy interesante. Como dices, sí, queda muy claro que el ejercito estadounidense lleva mucho tiempo planeando nuevas "nanoarmas", no contentos con los anteriores resultados logrados con la creación de armas bioquímicas o agentes patógenos de laboratorio... qué se le va a hacer...

De: Dj Mystic
2007-04-08 11:06:15

Sólo comentar que los cuarzos de los relojes no sirven para alimentarlos, aunque utilicen el efecto piezoeléctrico, pero lo utilizan como referencia de tiempo creando una cuenta de pulsos muy estable. En realidad se producen 2 efectos opuestos, primero una energía eléctrica atraviesa el cristal y hace que se dilate o se contraiga. Entonces la energía mecánica hace que aparezca una corriente eléctrica en sentido opuesto. Si en ese momento cambia la polarización del cristal, las corrientes en ambos sentidos están reforzadas por la resonancia mecánica del cristal, creando impulsos muy estables con respecto a otros sistemas. Sin embargo no sirven para generar la electricidad que alimenta un reloj de cuarzo.Otra de las aplicaciones inmediatas que se me ocurre de esto es la construcción de micrófonos piezoeléctricos mucho más eficientes que los actuales.

De: Pedro
2007-04-08 11:09:47

Oh, el artículo no pretendía dar la impresión de que el cuarzo de los relojes sirve para alimentarlos, y espero que no parezca que dice eso al leerlo. ¡En cualquier caso, gracias por la aclaración por si confundo a alguien!

De: César
2008-10-30 02:47:59

Creo que se le puede dar un uso adicional, si se ponen varias de estas celdas juntas como en los paneles solares, se puede fabricar paneles generadores de electricidad sensibles a las vibraciones como en temporadas de lluvias, debajo de las avenidas de mucho tráfico, etc.... Gracias por la información


De: Josep
2010-02-04 17:42:27

Creo que si que hay una manera de generar su auto electricidad para las nanomáquinas jejeje si que se puede hacer, es posible.


De: César
2013-05-30 00:34:05

Se hizo realidad, ya se están utilizando en las calles de Londres (Parque Olímpico de Londres) por la firma Pavegen: http://www.abc.es/ciencia/20130527/abci-baldosas-inteligentes-generan-electricidad-201305271330.html


De: osvaldo arango
2015-07-23 23:01

me parece interesante el uso de la nanotecnolgía y es posible que no sirva como generador pero puede tener aplicaciones medicinales como acupuntura pienso, y aunque no se mucho de eso

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