Ciencia para todos T02E17: Ropa inteligente para generar electricidad

Por Francisco R. Villatoro, el 9 enero, 2020. Categoría(s): Biología • Ciencia • Física • Nanotecnología • Noticias • Physics • Podcast Ciencia para Todos (SER) • Recomendación • Science

Te recomiendo escuchar el podcast del episodio T02E17, “Ropa inteligente para generar electricidad”, 09 ene 2020 [09:19 min], del programa de radio “Ciencia para todos”, en el que participo junto a Enrique Viguera (Universidad de Málaga), coordinador de Encuentros con la Ciencia. Esta sección semanal del programa “Hoy por Hoy Málaga” presentado por Isabel Ladrón de Guevara, se emite todos los jueves en la Cadena SER Málaga (102.4 FM) entre las 13:00 y 14:00 horas (no tiene hora fija de emisión en directo, pero suele ser entre las 13:05 y las 13:15).

Para su preparación me he basado en “Diseñan una camiseta que produce electricidad con la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el entorno”, Noticias, UMA, 23 dic 2019; y en el siguiente artículo de Alejandro Heredia @JA_Herediag: Pietro Cataldi, Marco Cassinelli, José A. Heredia‐Guerrero, Susana Guzman‐Puyol, Sara Naderizadeh, Athanassia Athanassiou, Mario Caironi, “Green Biocomposites for Thermoelectric Wearable Applications,” Advanced Functional Materials (28 Oct 2019), doi: https://doi.org/10.1002/adfm.201907301.

Escucha «Ropa inteligente para generar electricidad» en Play SER

Isabel: Todos los consumidores estamos preocupados por nuestra salud. Cada día son más populares dispositivos electrónicos, como los relojes inteligentes (smartwatches), que nos informan de nuestro estado físico cuando hacemos ejercicio físico, o nos recomiendan que caminemos más. ¿Cuál es el futuro de estas tecnologías?

Francis: En un futuro no muy lejano cabe prever que estos dispositivos se harán invisibles, imperceptibles. Los sensores para medir el estado de nuestra salud cada vez serán más pequeños y se podrán integrar dentro del tejido de nuestra ropa. La llamada ropa inteligente, o tecnología wearable, tecnología que se puede llevar puesta.

Por ejemplo, nuestra camiseta podría estar cableada de forma imperceptible, resultando tan cómoda como una camiseta actual, pero estando repleta de sensores que se comunican de forma inalámbrica (vía wifi o similar) con nuestro teléfono inteligente (smartphone). Usando un interruptor camuflado en un botón o en dobladillo pondremos en marcha estos sensores que informarán a una aplicación (app) del teléfono de nuestro estado de salud. La ropa inteligente promete ser la cuarta revolución de la industria textil.

Isabel: La ropa inteligente parece ciencia ficción, pero el gran problema son las baterías que alimenten con energía a esos sensores integrados en el tejido. ¿También se camuflarán las baterías en botones o en dobladillos?

Enrique: Se lleva investigando más de 20 años en la ropa inteligente y una de las razones por las que aún no han llegado al mercado es ese problema, cómo producir la electricidad que alimente a los sensores. Hay muchos investigadores que estudian cómo resolver este problema, incluso en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Málaga. José Alejandro Heredia Guerrero y Susana Guzmán Puyol, del Departamento de Biología Molecular y Bioquímica, junto a investigadores del Instituto Italiano de Tecnología de Génova, han desarrollado un prototipo de un nuevo tejido, llamado e-textile, que permite produce electricidad a partir de la diferencia entre la temperatura del cuerpo y la del entorno.

Lo más fascinante de este nuevo tejido inteligente es que se produce a partir de materiales sostenibles y de bajo coste, como la piel de tomate. Heredia y Guzmán, que están asociados al Instituto de Hortofruticultura Subtropical y Mediterránea (IHSM), usan materiales ligeros y biodegradables, más asequibles y menos tóxicos que los metales pesados que se usan en otros prototipos de tejidos inteligentes termoeléctricos. La fórmula magistral que usan nuestros colegas de la Universidad de Málaga es muy sencilla: agua y etanol (un tipo de alcohol ecológico), sustancias derivadas de la piel de tomate y nanopartículas de carbono. Al calentarse en disolución, este material penetra y se adhiere en el algodón, dotando a este textil de propiedades eléctricas similares a las de los metales usados en otros prototipos.

Isabel: Estos materiales termoeléctricos generan electricidad a partir de una diferencia de temperatura debida al calor. Francis, ¿cómo funcionan estos materiales?

Francis: La termoelectricidad fue descubierta a finales del siglo XIX. Básicamente hay tres fenómenos que permiten generar electricidad a partir de un gradiente térmico, el efecto Seebeck, el efecto Peltier y el efecto Thomson. Aunque los tres están relacionados entre sí, el material e-textile desarrollado en la Universidad de Málaga se basa en el efecto Seebeck. Cuando dos metales a temperaturas diferentes se ponen en contacto formando una unión bimetálica entre ambos se genera una fuerza electromotriz si son materiales diferentes. Esta unión bimetálica se comporta como un diodo de unión pn similar a los usados en electrónica. Los termopares que usan como termómetros para el control del flujo de gas en dispositivos domésticos como cocinas, calefactores y calentadores de agua corriente se basan en este efecto Seebeck.

Los dispositivos que generan electricidad usando el efecto Seebeck suelen usar metales pesados, como telurio, germanio o plomo. Para transformar el algodón de la ropa en un material termoeléctrico hay que funcionalizarlo con nanomateriales de carbono y biopoliésteres. Usando nanoplacas de grafeno, nanotubos de carbono o nanofibras de carbono se puede lograr un tinte para la ropa que use el efecto Seebeck para producir electricidad a partir de una diferencia de calor entre el cuerpo humano y la temperatura del ambiente.

Isabel: Esta ropa inteligente que lleva acoplados todo tipo de dispositivos tecnológicos recuerda al traje que usa Iron Man, el superhéroe de Marvel. ¿Se podría usar esta ropa inteligente para cargar la batería el móvil sin necesidad de usar el cargador?

Francis: Todavía es muy pronto para soñar con que podamos cargar la batería del móvil usando solo el calor producido al hacer un poco de deporte. Los tejidos termoeléctricos producen una potencia eléctrica muy pequeña del orden de nanowatios y diferencias de potencial de milivoltios. Estas potencias eléctricas tan bajas son mil millones de veces más pequeñas de las que se usan en los cargadores actuales de baterías de teléfonos móviles. Aún sí, son potencias eléctricas suficientes para alimentar dispositivos electrónicos integrados en la ropa inteligente.

Enrique:  Los resultados del proyecto de investigación de José Alejandro Heredia Guerrero y Susana Guzmán Puyol, de la Universidad de Málaga, en el que también participan el grupo del investigador italiano Pietro Cataldi, tienen como objetivo la integración de diferentes sensores relacionados con nuestro estado de salud que se comuniquen vía una conexión wifi con nuestro móvil. De hecho, ya han logrado integrar una antena wifi en el tejido a partir de piel de tomate y de grafeno. Y esperan poder integrar sensores biomédicos de muchos otros tipos en un futuro próximo. La ropa inteligente promete revolucionar el mundo de la moda gracias a investigaciones como las que se están realizando en nuestra universidad.

Isabel: Despedida y cierre



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