La piezoelectricidad es un fenómeno que presentan algunos materiales, normalmente cristales, que cuando son sometidos a tensiones mecánicas (compresión o estiramientos) adquieren una polarización eléctrica que deriva en una diferencia de potencial y la aparición de cargas eléctricas en su superficie. En definitiva, son materiales que al ser aplastados, estirados, comprimidos o sometidos a vibración, acaban generando electricidad y, por ejemplo, son utilizados como base para fabricar sensores o encender el fogón de una cocina de gas. Un profesor y un par de alumnos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Wisconsin-Madison pensó que podría ser interesante utilizar estos materiales para la generación de energía en situaciones habituales de nuestra vida diaria y, con tal fin, han diseñado un micro-cinta capaz de generar energía a partir de la respiración humana.
¿Generar electricidad a partir de la respiración humana? La verdad es que suena bastante raro pero, realmente, tiene una base bastante sólida. El profesor Xudong Wang, el investigador postdoctoral Chengliang Sol y el estudiante de grado Jian Shi han presentado en la revista Energía y Ciencias Ambientales una micro-cinta de plástico que vibra cuando pasa bajo ella un flujo de aire, por ejemplo, el de la respiración de un ser humano.
La cinta, realizada con fluoruro de polivinilideno (PVDF), acumula carga eléctrica según la tensión mecánica a la que es aplicada, es decir, es un material piezoeléctrico que, bajo las dimensiones adecuadas, podría generar electricidad suficiente como para alimentar un pequeño dispositivo electrónico (como un manos libres bluetooth o un aparato auditivo, por ejemplo). Según el profesor Xudong Wang, responsable de la investigación y docente del Departamento de Ingeniería de los Materiales:
Básicamente estamos produciendo energía mecánica a partir de un proceso biológico. El flujo de aire de la respiración humana, típicamente, está por debajo de los 2 m/s así que calculamos que si podíamos obtener láminas lo suficientemente delgadas como para que vibrasen con este flujo de aire, podríamos producir microvatios de energía eléctrica que podría aprovecharse para sensores u otros dispositivos implantados en la cara o en la cabeza de una persona
El equipo del profesor Wang utilizó un proceso de iones para grabar el material y hacerlo extremadamente delgado sin que perdiese sus propiedades piezoeléctricas. Con algunas mejoras en el proceso de fabricación, que además es el siguiente paso de la investigación, se podría controlar el proceso hasta tal punto que sería posible la obtención de láminas con espesores microméticos. De hecho, la compatibilidad de este sistema con el ser humano es total dado que el PVDF es biocompatible y, por tanto, podría servir como base de sistemas o implantes micromecánicos en seres humanos.
Precisamente, uno de los mayores problemas que encuentran muchos desarrolladores de MEMS y otros sistemas (sensores, dispensadores de medicinas, etc) es la imposibilidad de poder dotarlos de cierta autonomía puesto que las baterías se gastan. La carga de la batería de un dispositivo biomédico destinado a la monitorización de la glucosa en sangre de un paciente o de la batería de un marcapasos podría solucionarse, en un futuro, gracias a transformadores como los desarrollados por este equipo que podrían aprovechar la respiración humana, los latidos del corazón o la vibración provocada por el paso del torrente sanguíneo.