Un diminuto dispositivo genera energía a partir de las vibraciones del entorno

Un nuevo dispositivo microelectrónico del tamaño de una moneda podría optimizar la producción energética generada a partir de vibraciones presentes en el entorno, como los ruidos del tráfico o el zumbido de las maquinarias industriales. El desarrollo supera en efectividad a otros dispositivos similares, y ha sido diseñado por un equipo de especialistas del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos.

Dada la problemática energética mundial, en el MIT han pensado en aprovechar la electricidad generada a partir de vibraciones presentes en el entorno, como el movimiento de los puentes oscilantes, las emanaciones sonoras de las maquinarias y los ruidos del tráfico de las ciudades.

Se trata de una fuente de energía natural, que podría acabar con la necesidad de baterías, por ejemplo para la alimentación de sensores inalámbricos empleados en monitoreo y seguridad. Reemplazar las baterías en los sensores colocados (por ejemplo) a lo largo de un oleoducto para monitorearlo es una tarea realmente costosa y compleja, que podría evitarse con estos nuevos dispositivos.

La presente investigación y sus resultados han sido difundidos en una nota de prensa del MIT, y en un artículo publicado el pasado agosto en la revista especializada Applied Physics Letters. El nuevo producto es capaz de generar un volumen energético 100 veces mayor que otros dispositivos similares.

Menores costes y mayor producción

El aparato desarrollado es del tamaño de una moneda y recoge una amplia gama de vibraciones de baja frecuencia, también superior a otras herramientas de dimensiones parecidas, utilizadas actualmente. El dispositivo de producción energética es un sistema micro-electromecánico (MEMS).

Según Sang-Gook Kim, profesor de ingeniería mecánica en el MIT y uno de los principales responsables de la investigación, el dispositivo podría ser muy útil como energía de apoyo para redes de sensores inalámbricos empleadas en elementos de seguridad y control, entre otras aplicaciones.

Hasta el momento, este tipo de dispositivos de captación de energía a partir de las vibraciones se enfrentaba a un complejo problema de costes. Al emplear múltiples capas de materiales piezoeléctricos, el valor de cada unidad resultaba muy elevado, sobretodo teniendo en cuenta su uso en millones de sensores inalámbricos en el marco de una red.

Según los investigadores del MIT, mientras el coste de un dispositivo tradicional de este tipo puede llegar a los 10 dólares, los nuevos dispositivos MEMS que ellos han desarrollado pueden ser fabricados a un precio menor de un dólar por unidad, ya que emplean una única capa piezoeléctrica.

Amplias posibilidades para el futuro

¿Qué innovación es la que permite precisamente un descenso tan importante en los gastos? Básicamente, el diseño aplicado aumenta el alcance del dispositivo en cuanto a frecuencia o ancho de banda, al tiempo que maximiza la densidad de potencia o energía generada por centímetro cuadrado. De esta forma, además de mejorar la eficiencia económica, se logra producir hasta cien veces más energía que en otros sistemas similares.

Por otro lado, la ampliación del alcance en términos de frecuencias no es una cuestión menor. Hay que tener en cuenta que si la vibración ambiental se encuentra siempre en una única frecuencia y no varía, la captación de energía no registra inconvenientes en los diseños actuales.

Sin embargo, en los dispositivos empleados hasta hoy, cuando la frecuencia cambia en lo más mínimo, la potencia disminuye drásticamente. El nuevo diseño desarrollado en el MIT permite que el ancho de banda sea más amplio, resolviendo este inconveniente de los cambios de frecuencia, y haciendo posible que la potencia se mantenga a pesar de dichos cambios.

En el futuro, el grupo del MIT espera que estos dispositivos puedan captar aún frecuencias más bajas, ya que pocas vibraciones en la naturaleza se producen en las frecuencias relativamente altas que son captadas por esta clase de sistemas micro-electromecánicos. Si el diseño logra optimizarse y el dispositivo es capaz de responder a las frecuencias más bajas, la generación de energía también podrá incrementarse.