ANN ARBOR, Michigan—Un nuevo dispositivo ortopédico mecánico para la rodilla genera suficiente energía cuando el usuario camina que permite el funcionamiento de un localizador GPS portátil, un teléfono móvil, una articulación de prótesis motorizada o un neurotransmisor implantado, según una investigación en la que participó la Universidad de Michigan.

El estudio sobre el dispositivo de aluminio que se ajusta sobre la rodilla se publica en la edición del 8 de febrero de la revista Science. Los autores incluyen investigadores de la Universidad Simon Fraser, en Canadá, y la Universidad de Pittsburgh, además de la UM.

El mecanismo funciona en gran medida como las cargas regenerativas del freno en la batería de algunos vehículos híbridos, dijo Arthur Kuo, profesor de Ingeniería Mecánica en la UM y autor del artículo.

Los frenos regenerativos recogen la energía cinética que, de otra manera, se disiparía como calor cuando disminuye la velocidad de un vehículo. La abrazadera para la rodilla recoge la energía que se pierde cuando la persona frena la rodilla después de mover la pierna hacia adelante para dar un paso.

Kuo llamó el aparato “una idea apuntada en la servilleta de papel durante un cóctel”, y dijo que la articulación de la rodilla tiene aptitudes únicas para esta labor.

“Hay energía que puede recogerse de varias partes del cuerpo y puede usarse para la generación de electricidad. La rodilla es, probablemente, el mejor sitio”, indicó. “Cuando uno camina disipa energía en varias partes, por ejemplo cuando el pie toca el suelo. Uno tiene que compensar esto con el trabajo de los músculos”.

“El cuerpo es inteligente”, continuó Kuo. “En muchas partes donde el cuerpo podría disipar la energía, quizá de hecho, la almacena y la recupera de manera elástica. Los tendones actúan como resortes. En muchas partes no estamos realmente seguros si la energía verdaderamente se disipa o si uno la almacena temporalmente. Creemos que cuando uno va frenando la rodilla al término del movimiento de la pierna, la mayor parte de esa energía simplemente se desperdicia”.

Los científicos probaron la abrazadera para la rodilla en seis hombres que caminaron a ritmo tranquilo en una cinta mecánica a razón de 1,5 metros por segundo, o 3,6 kilómetros (2,24 millas) por hora. Los investigadores midieron la respiración de los sujetos para determinar la intensidad de su esfuerzo. Un grupo de control usó la abrazadera con el generador desconectado para medir en qué forma el peso de la abrazadera, de 1,6 kilogramos (3,5 libras) afectaba al usuario.

En la modalidad en la cual la abrazadera sólo se activa cuando la rodilla frena, los sujetos requirieron menos de un vatio de energía metabólica adicional por cada vatio de electricidad que generaron. Un generador típico de palanca manual, por comparación, requiere un promedio de 6,4 vatios para generar un vatio de electricidad debido a las ineficiencias de músculos y generadores.

“Hemos demostrado prueba del concepto”, dijo Kuo. “El aparato prototipo es abultado y pesado y por eso afecta al usuario tan solo porque lo lleva encima. Pero la parte de generación de energía misma tiene muy poco efecto sobre el usuario, ya sea que el aparato esté encendido o no. Queremos mejorar el aparato de manera que sea más fácil usarlo y que retenga su capacidad para la recolección de energía”.

Una versión más liviana sería de ayuda para los montañistas o los soldados que no tienen acceso fácil a una fuente de electricidad. Y los científicos dicen que otros mecanismos similares podrían construirse en las prótesis de rodilla y otros dispositivos implantables tales como los marcapasos o neurotransmisores que ahora requieren de una batería y de una intervención quirúrgica periódica para el reemplazo de esa batería.

“Un colector de energía futuro podría implantarse junto con el dispositivo y generará su propia energía al caminar”, dijo Kuo.

El artículo se titula “Biomechanical Energy Harvesting: Generating Electricity During Walking with Minimal User Effort”. (Recolección de energía biomecánica: la generación de electricidad al caminar con esfuerzo mínimo del usuario)

Kuo es profesor asociado del Departamento de Ingeniería Biomédica. Otros autores incluyen a Max Donelan, profesor asistente de Kinesiología en la Universidad Simon Fraser, y Doublas Weber, profesor asistente de Medicina y Rehabilitación Física en la Escuela de Medicina de la Universidad de Pittsburgh.

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