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Mini generadores producen energía de vibraciones al azar en el ambiente

Fotografías: http://www.ns.umich.edu/index.html?Releases/2010/Mar10/pfig

ANN ARBOR, Michigan.—Unos diminutos generadores desarrollados en la Universidad de Michigan, UM, podrían producir de las vibraciones ambientales al azar electricidad suficiente como para operar un reloj de pulsera, un marcapasos o un censor inalámbrico.

Los artefactos que recogen energía, creados en el Centro de Investigación de Ingeniería para Microsistemas Inalámbricos Integrados en la UM, son altamente eficientes para la provisión de energía eléctrica renovable a partir de vibraciones arbitrarias y no periódicas.

Los Generadores Incrementados de Frecuencia Paramétrica (PFGIs por su sigla en inglés) fueron creados por Khalil Najafi, director de ingeniería eléctrica y de computación, y Tzeno Galchev, un estudiante de doctorado en el mismo departamento.

La mayoría de los artefactos similares tienen capacidades más limitadas porque dependen de fuentes de energía regulares y predecibles, dijo Khalil Najafi, uno de los científicos que desarrollaron esta tecnología.

“La vasta mayoría de la energía cinética ambiental que nos rodea cada día no ocurre en patrones periódicos, repetibles. La energía del tránsito de vehículos en una calle o un puente o un túnel, y de las personas que suben y bajan escaleras, por ejemplo, causan vibraciones que no son periódicas y ocurren a frecuencias muy bajas”, señaló Najafi. “Nuestros generadores paramétricos son más eficientes en estos ambientes”.

Los investigadores han construido tres prototipos, y un cuarto está en camino. En dos de los generadores la conversión de energía se efectúa mediante inducción electromagnética, en la cual una bobina se sujeta a un campo magnético variable. Éste es un proceso similar al que ocurre en la operación de los generadores de gran escala en las grandes plantas de energía.

El artefacto último y más pequeño, que mide un centímetro cúbico, usa material piezoeléctrico, esto es un tipo de material que produce carga cuando está bajo estrés. Esta versión tiene aplicaciones en la infraestructura de vigilancia de salud. Los generadores podrían un día suministrar energía a censores en los puentes que advertirán a los inspectores sobre rajaduras o la corrosión antes de que los ojos humanos siquiera puedan discernir los problemas.

Estos generadores han demostrado que pueden producir hasta 0,5 milivatios (esto es 500 microvatios) a partir de amplitudes de vibración típicas que se encuentran en el cuerpo humano. Ésta es energía más que suficiente para que funcione un reloj de pulsera que necesita entre uno y diez microvatios, o un marcapasos que requiere entre 10 y 50. Un milivatio es equivalente a 1.000 microvatios.

“La meta última es permitir aplicaciones varias como censores remotos inalámbricos y artefactos médicos implantados mediante cirugía”, dijo Galchev. “Éstas son aplicaciones para toda una vida en las cuales es muy costoso el reemplazo de baterías agotadas o, peor, que haya que conectar los sensores con cables a una fuente de energía”.

“Hay una cuestión fundamental que debe resolverse: cómo se suministra energía a los artefactos electrónicos inalámbricos que se cada vez más están por todas partes y al mismo tiempo son cada vez más eficientes”, señaló Najafi. “Hay abundante energía en torno a estos sistemas en la forma de vibraciones, calor, luz solar y viento”.

Estos generadores podrían también dar energía a censores inalámbricos instalados en los edificios para hacerlos más eficientes en el uso de la energía, o esparcidos en amplios espacios públicos para vigilar la presencia de toxinas y contaminantes.

La investigación recibe fondos de la Fundación Nacional de Ciencias, los Laboratorios Nacionales Sandia, y el Insitito Nacional de Normas y Tecnología.

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