Usando metales líquidos, los investigadores han creado el primer dispositivo de atención médica que se alimenta con el calor corporal.
En la era de la tecnología presente en todas partes, estamos demasiado familiarizados con la incomodidad de una batería muerta. Pero para aquellos que dependen de un dispositivo portátil de atención médica para monitorear la glucosa, reducir temblores o incluso rastrear la función cardíaca, tomarse un tiempo para recargar puede suponer un gran riesgo.
Por primera vez, investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Carnegie Mellon han demostrado que un dispositivo de atención médica puede ser alimentado solo con el calor del cuerpo. Al combinar un sensor de oximetría de pulso con un generador de energía termoeléctrico flexible, extensible y portátil, este equipo ha presentado una forma prometedora de abordar las preocupaciones sobre la vida útil de las baterías. Su generador de energía está hecho de metal líquido, semiconductores y goma impresa en 3D.
Mason Zadan, uno de los autores de la investigación, dijo: “Este es el primer paso hacia la electrónica portátil sin batería”. Esta investigación se publica en la revista Advanced Functional Materials.
Su sistema, diseñado para lograr un alto rendimiento mecánico y termoeléctrico con una integración de materiales sin costuras, presenta avances en materiales blandos, diseño de arreglos de TEG, diseño de circuitos de baja energía y gestión de energía a bordo.
Carmel Majidi, profesor de Ingeniería Mecánica y director del Laboratorio de Máquinas Blandas, explica: “En comparación con nuestras investigaciones anteriores, este diseño mejora la densidad de potencia aproximadamente 40 veces o un 4000%. El compuesto de epoxi de metal líquido mejora la conductividad térmica entre el componente termoeléctrico y el punto de contacto del dispositivo en el cuerpo”.
Para probar su salida de voltaje, el dispositivo se colocó en el pecho y la muñeca de un participante, tanto en reposo como en movimiento.
Zadan comentó: “Vimos una mayor salida de voltaje mientras el dispositivo estaba en la muñeca del participante y mientras esa persona estaba en movimiento. A medida que el participante se mueve, un lado del dispositivo se enfría por el aumento del flujo de aire, y el otro se calienta por el aumento de temperatura corporal. Caminar y correr crean un diferencial de temperatura ideal.”
El proceso mediante el cual las diferencias de temperatura se convierten directamente en energía eléctrica se conoce como efecto termoeléctrico.
Cuando un material termoeléctrico se expone a un gradiente de temperatura, como tener un extremo caliente mientras que el otro extremo permanece frío, los electrones dentro del material comienzan a fluir desde el extremo caliente hacia el extremo frío. Este movimiento de electrones genera una corriente eléctrica. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, más corriente eléctrica se produce, resultando en energía eléctrica. Esencialmente, el efecto termoeléctrico nos permite aprovechar disparidades de temperatura para crear electricidad utilizable, lo que lo convierte en una vía prometedora para la generación de energía sostenible.
De cara al futuro, el Dr. Dinesh K. Patel, un científico investigador del equipo, está ansioso por trabajar en mejorar el rendimiento eléctrico y explorar cómo fabricar el dispositivo. “Queremos pasar de una prueba de concepto a un producto que la gente pueda comenzar a utilizar.”
Esta investigación se realizó en colaboración con Arieca Inc., la Universidad de Washington y la Universidad Nacional de Seúl.
Fuente de información:
Mason Zadan et al. Generadores Termoeléctricos Estirables para Monitoreo de Salud Portátil Autopropulsado. [Advanced Functional Materials (2024)]. DOI: 10.1002/adfm.202404861
