Como parte de una serie que explora las audaces nuevas fronteras de la ciencia, conversamos con Mahyar Shirvanimoghaddam, experto en ingeniería eléctrica de la Universidad de Sídney y Joven científico, para descubrir por qué dedicó su investigación a crear baterías autorrecargables que mantienen funcionando de forma permanente nuestros dispositivos inteligentes.
¿Cuál es el gran problema que intenta resolver?
Con el auge de la tecnología 5G y del Internet de las Cosas (IoT), pronto estaremos rodeados de diminutos sensores y dispositivos inteligentes que monitorizarán constantemente nuestro entorno y podrían modificarlo para mejorar nuestra calidad de vida.
Todo el proceso de recopilar datos, comunicarse con los servicios en la nube, almacenarlos y analizarlos en servidores consume mucha energía. Pronto habrá más de 50 000 millones de dispositivos inteligentes, la mayoría instalados en zonas de difícil acceso, y el reemplazo periódico de las baterías y su mantenimiento resultan inviables.
La tendencia hasta ahora ha sido mejorar la eficiencia de las baterías y desarrollar baterías más pequeñas pero más eficientes para aumentar la vida útil de los dispositivos. A pesar de todas las mejoras, en muchas aplicaciones las baterías siguen siendo un desafío. De hecho, los dispositivos inteligentes alimentados por batería tienen una vida útil limitada o una vida útil más larga con un rendimiento limitado. Existe una compensación entre la esperanza de vida del dispositivo y la cantidad de energía que consume. Cuanta más energía utiliza, mayor es el rendimiento, pero más corta es la vida útil. Aunque pudiéramos reemplazar las baterías, ¿qué haríamos con todas las usadas?
¿Cuál es la gran idea que intenta utilizar para resolverlo?
En muchas aplicaciones del IoT, los dispositivos deben alimentarse de forma autosuficiente y sostenible. Una solución viable consiste en captar y aprovechar la energía del entorno y, después, proporcionar energía suficiente a los dispositivos para que realicen sus funciones. Esto aumentará considerablemente la vida útil del dispositivo y eliminará la necesidad de una batería como fuente de energía.
Un dispositivo inteligente con captación de energía tiene, potencialmente, una vida útil ilimitada. Puede utilizarse durante mucho tiempo sin mantenimiento ni reemplazo de baterías. Hasta ahora hemos utilizado principalmente energías renovables a gran escala: ¿por qué no utilizarlas a nivel micro?
Utilizamos materiales piezoeléctricos (que generan una carga eléctrica en respuesta a una tensión mecánica aplicada) para convertir pequeños movimientos en electricidad y almacenarla en baterías y supercondensadores. El uso de una combinación de técnicas de captación de energía, como la solar, la mecánica, la térmica, etc., podría aumentar considerablemente la vida útil de los dispositivos del IoT y reducir su huella de carbono.
¿Cómo le explicaría eso a un niño de cinco años?
Nuestros teléfonos y juguetes funcionan con baterías que almacenan energía para que puedan funcionar. Pero las baterías tienen una vida útil limitada, lo que significa que debemos reemplazarlas o recargarlas. Imagine que tenemos 100 o 1000 dispositivos que funcionan con baterías. Es casi imposible reemplazarlas o recargarlas todas. Una forma de resolver este problema es utilizar la energía disponible a nuestro alrededor. Podemos convertir casi cualquier tipo de energía en electricidad y almacenarla en una batería; así, el dispositivo podría funcionar durante mucho tiempo sin necesidad de reemplazar sus baterías.
¿Cuál ha sido la parte más difícil del camino?
La captación de energía del entorno no es fiable. La cantidad de energía generada también es inestable. Esto hace que el diseño sea muy complejo, ya que el dispositivo no puede alimentarse directamente con la energía generada por las técnicas de captación. Debe utilizarse una unidad de almacenamiento de energía o un supercondensador con una unidad de gestión de energía para almacenar la energía recogida y utilizarla de forma adecuada. Las baterías requieren una cierta cantidad de energía para poder recargarse. Existe un problema con el tamaño y la capacidad de almacenamiento de las baterías, que las hace incompatibles con la mayoría de las técnicas de captación de energía. El precio es otro factor.
¿Qué desconoce la mayoría de la gente sobre las baterías?
En el mundo hay unos 4,7 millones de desarrolladores capaces de crear dispositivos del IoT, y su número aumenta a un ritmo de alrededor del 3 % anual. Estudios recientes muestran que en Estados Unidos se desechan más de 3 000 millones de baterías cada año, y la penetración de las tecnologías del IoT en todos los sectores agravará este problema.
