Nanotecnología

Al hablar de sistemas de almacenamiento de energía que puedan ser utilizados para posteriormente hacer funcionar dispositivos, se suele pensar en baterías que almacenan energía eléctrica, como las que hacen funcionar ordenadores portátiles o las que impulsan coches eléctricos. Pero hay otra forma de energía en la que quizá no se suele pensar tanto para ese fin, menos aún si lo queremos relacionar con la nanotecnología: la energía mecánica. Un ejemplo sería la almacenada en un muelle de un reloj de esos a los que hay que dar cuerda, aunque ya no quedan muchos. Otro, las trampas para ratones o, algo más antiguas, las catapultas que enviaban grandes piedras con energía suficiente como para destruir los baluartes defensivos medievales y de la antigüedad.

El almacenamiento de energía elástica acaba de convertirse en una propuesta realista dentro del campo de la nanotecnología gracias a la investigación liderada por la ingeniera mecánica Carol Livermore, del Massachussets Institute of Technology (MIT), EE.UU.. Dicha investigación ha sido publicada en dos artículos, uno que muestra un análisis teórico en la revista Nanotechnology y otro experimental en la revista Journal of Micromechanics and Microengineering. En su investigación ha demostrado que si esta energía se almacena en nanotubos de carbono, no sólo es una idea realista, sino que además la cantidad de energía almacenada por cada kilogramo es equivalente a la almacenada en las baterías de ion-litio y unas mil veces superior a la almacenada en muelles de acero.

Una de las grandes ventajas del almacenamiento de energía en estas nanoestructuras es que pueden ser mucho más duraderas y fiables bajo ciertas condiciones. En efecto, las baterías suelen ir perdiendo poco a poco su carga cuando se las deja de usar durante varios años, algo que en principio no ocurriría con los nanotubos de carbono. Parece claro que esto puede ser una gran ventaja en muchos casos, como sistemas de emergencia que en la mayoría de los casos no son usados más que de varios años en varios años (afortunadamente). En esos casos se debe revisar cada poco tiempo si las baterías poseen su carga óptima y reemplazar cada cierto número de años. También en sistemas espaciales, como robots mecánicos que tarden años en llegar a Marte u otros remotos lugares, o sondas espaciales que, tras ser puestas en órbita deben desplegar sus paneles solares. Otros casos en que serían bastante ventajosos sería en condiciones de altas temperaturas y/o altas presiones, en los que las baterías no funcionan de modo óptimo. Las propiedades elásticas de los nanotubos, en cambio, son relativamente poco sensibles a la temperatura y la presión. De nuevo, estas ventajas apuntan a aplicaciones espaciales, pero también a perforaciones subterráneas, por ejemplo, de extracción de petróleo o gas.

Otra ventaja es que la energía almacenada como energía mecánica puede ser liberada de forma muy rápida (los ejemplos de la trampa para ratones o la catapulta de más arriba) o muy lenta (el ejemplo del reloj de cuerda), algo que no pueden hacer las baterías.

Por todas estas razones, las aplicaciones que se vislumbran tras la investigación del grupo de Carol Livermore parecen bastante amplias. Con los años iremos viendo cuáles se hacen realidad.

Ana Belén Quesada 

Un grupo de investigadores ha desarrollado una nueva técnica de dimensiones nanométricas, para alimentar dispositivos sin necesidad de utilizar voluminosas fuentes de energía, tales como las baterías convencionales.Con un desarrollo adecuado funcionarán convirtiendo la energía mecánica del movimiento del cuerpo, la contracción de los músculos o el flujo del agua, en electricidad. Estos "nanogeneradores" podrían hacer posible una nueva clase de dispositivos médicos implantables, así como sensores y equipos electrónicos portátiles autoalimentados.Los nanogeneradores se basan en las propiedades piezoeléctricas y semiconductoras del óxido de zinc, según las cuales se puede generar corriente eléctrica mediante una deformación.

Los nanogeneradores desarrollados por Wang y por Jinhui Song y mostrados hace poco en Science, utilizan la corriente generada cuando los nanohílos de óxido de zinc son doblados y luego liberados. Construyendo una serie ordenada de un gran número de tales filamentos, Wang cree que puede producir suficiente corriente para alimentar los dispositivos nanométricos: "Hay mucha energía mecánica disponible en nuestro entorno", explica Zhong Lin Wang. "Nuestros nanogeneradores pueden convertir esta energía mecánica en energía eléctrica. Esto tiene el potencial de abrir muchas posibilidades para el futuro de la nanotecnología". Además hace notar el problema que existía hasta ahora "Podemos construir nanodispositivos que sean muy pequeños, pero si el sistema integrado completo debe incluir una fuente de energía grande, eso hace fracasar su propósito".

Además del atractivo uso dentro del cuerpo, (ya que el óxido de zinc es biocompatible), los nanogeneradores también podrían usarse dondequiera que la energía mecánica esté disponible (el desplazamiento hidráulico del agua de mar, el viento, o el movimiento de un pie dentro de un zapato). Los pequeños hilos del nanogenerador no sólo están habilitados para operar sobre bases de cristal, sino también podrían hacerlo encima de polímeros flexibles. No es difícil imaginar entonces que los dispositivos portátiles puedan funcionar sólo con el movimiento del usuario. Además estos nanohílos se pueden doblar hasta 50 grados sin quebrarse. Leer más »