Una batería que nunca se agota. ¿Cómo se alimenta?

Los humanos somos máquinas complejas con partes móviles que sorprenden en muchos sentidos. Los científicos coinciden en que el potencial del hombre es infinito. Los científicos y desarrolladores de tecnología están dispuestos a utilizar el cuerpo humano como fuente inagotable de energía. Si tiene éxito, resolvería el principal problema de los dispositivos portátiles más pequeños, como relojes inteligentes, auriculares, dispositivos médicos y similares, que a menudo se quedan sin energía en el momento equivocado.

Los dispositivos con cierto grado de autonomía, incluida la carga automática de baterías, son el futuro. La única pregunta es ¿de dónde sacar la energía omnipresente e "infinita"? Los científicos han llegado a la conclusión de que el cuerpo humano puede ser una fuente conveniente de energía. El hallazgo llegó en el momento adecuado, ya que el mercado de dispositivos portátiles se ha disparado en los últimos años.

Los llamados “electrocéuticos” se oponen a la farmacia y la medicina clásicas, porque los expertos predicen que cada vez más personas que dependen de dispositivos portátiles para controlar y mantener la salud, como electroestimuladores implantados, marcapasos, monitores de presión arterial y frecuencia cardíaca.

Las "biobaterías" y el proceso de recolección de energía de fuentes externas podrían hacer que estos dispositivos sean energéticamente autónomos, eliminando así la necesidad de intervenciones invasivas para reemplazar las baterías vacías. Al mismo tiempo, reduciríamos la posibilidad de que los dispositivos se implanten incorrectamente, su infección o movimientos posteriores no deseados.

Desde principios del segundo milenio, la profesión ha estado desarrollando dispositivos que pueden funcionar con el cuerpo humano. Hasta el momento no ha habido grandes éxitos. La tecnología o los dispositivos eran simplemente demasiadoč consumiendo cantidades mínimas de energía eléctrica que se puede obtener a través de los procesos naturales del cuerpo humano. Sin embargo, después de dos décadas de esfuerzos, los expertos lograron dar un gran salto. Gracias también a los desarrolladores de dispositivos portátiles, que en los últimos 10 años han logrado crear dispositivos que consumen una cantidad extremadamente pequeña de energía. Con esto, abrieron la puerta de par en par a ideas y prototipos que puedan aprovechar la potencia de nuestros cuerpos.

Una central eléctrica alimentada por células

En pocas palabras, las celdas son baterías bioquímicas que convierten el combustible dulce en energía. La startup alemana Celtro aprovecha esta fuente de energía mediante el uso de conjuntos de microagujas que pueden extraer pequeñas cantidades de energía de la mayoría de las baterías. cien milč células. El primer producto de la empresa alemana será un pequeño marcapasos autónomo. "La contracción muscular, como el corazón, comienza en un punto y luego se extiende por todo el músculo cardíaco", afirma el director general y cofundador Gerd Teepe. “Nuestra idea era recolectar energía en más puntos, con un cronómetro aprovecharíamos esta acción ondulatoria del músculo". Además de recolectar energía, se insertarán varias microagujas dedicadas en el tejido cardíaco para monitorear el corazón y brindar asistencia; con estimulación eléctrica para restaurar el ritmo cardíaco cuando sea necesario. En 2021, Celtro consiguió recaudar fondos suficientes para iniciar estudios de laboratorio que demostraran la aplicabilidad del concepto.

Pilas de combustible de papel

La startup francesa BeFC está desarrollando biobaterías con credenciales ecológicas. Esto significa que la pila de combustible utiliza capas de carbono, celulosa, glucosa y algunas enzimas patentadas. Agregar un líquido, como sangre u orina, desencadena una reacción que produce electricidad. Su producto, en forma de parches de papel, podría alimentar dispositivos de diagnóstico desechables y sensores para el seguimiento continuo de enfermedades, como los kits de seguimiento de glucosa para diabéticos. Después de su uso, las pilas de combustible pueden incluso convertirse en abono, a diferencia de otras baterías en miniatura que acaban acabando en los vertederos. BeFC se encuentra actualmente en la fase de recaudación de fondos. Esperan llegar al mercado con sus productos en 2024.

Estimulador central #141 con colector de energía piezoeléctrico

CAIRDAC, con sede en París, está desarrollando un marcapasos impulsado por el corazón del paciente. El marcapasos sin agua está empaquetado en una cápsula que contiene un recolector de energía piezoeléctrica: #128;“ un péndulo que oscila a través de los latidos del corazón, el flujo sanguíneo y la vibración. Las oscilaciones se convierten en electricidad y se almacenan hasta que el dispositivo detecta que el corazón necesita una sacudida para restablecer el ritmo. La startup recaudó recientemente 17 millones de euros para continuar con las pruebas preclínicas y la transición a los ensayos en humanos.

¿Alimentar sensores e implantes con energía solar?

Las células solares se han extendido a los tejados de muchos hogares en los últimos dos años. Incluso en Eslovenia hubo un momento en que hubo una larga cola de espera para la construcción de una planta de energía solar independiente. Investigadores de la Universidad de Monash en Melbourne han descubierto que un panel solar colocado debajo de la piel es capaz de producir hasta 10 % de energía solar bajo la luz solar directa. Esto es suficiente para alimentar dispositivos con un consumo extremadamente bajo. Unas pocas horas de carga al sol serían suficientes para que un sensor de temperatura que se puede implantar en el cuerpo humano funcione durante 24 horas. Según los investigadores, el lugar óptimo para implantar el panel solar es entre el cuello y el hombro.

corazón hidroeléctrico

Miniturbinas podrían aprovechar el flujo sanguíneo y convertirlo en electricidad, al menos eso es lo que está descubriendo la Universidad de Berna. Investigadores de ese país han diseñado una turbina con forma de torpedo que podría implantarse en un vaso sanguíneo del corazón y establecer así un método para generar electricidad a partir del flujo sanguíneo, de forma similar a como funciona la energía hidroeléctrica. Un desafío importante al que se enfrentan activamente es cómo evitar la formación de coágulos de sangre en las palas de las turbinas. En pruebas de laboratorio, su turbina pudo generar suficiente energía para alimentar marcapasos sin agua disponibles comercialmente.

parche piezoeléctrico

La startup italiana PiezoSkin afirma haber desarrollado un parche cutáneo piezoeléctrico ultrafino que puede medir simultáneamente los movimientos humanos y extraer energía de ellos. En uno de los estudios, el parche se usó para monitorear el movimiento del cuello en personas con disfagia (problemas para tragar), pero también podría usarse para monitorear y bombear los músculos con la ayuda de otros movimientos y vibraciones del cuerpo. Al igual que los otros prototipos, los parches PiezoSkin también podrían producir suficiente energía para alimentar dispositivos más pequeños.

¿Suministro de calor?

De media, el cuerpo humano emite 100 vatios de energía térmica al día, lo que, según la empresa suiza Mithras, podría ser suficiente para alimentar biosensores e implantes portátiles. Sus fuentes de energía termoeléctrica, conocidas como TEG, generan energía eléctrica aprovechando la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el medio ambiente. La compañía estima que su parche cutáneo TEG con una diferencia de temperatura de 5 grados Celsius podría alimentar completamente un implante coclear.