No parecía posible: investigadores de Australia crean un dispositivo impreso en 3D que genera electricidad con la humedad

La acumulación de sudor o el vapor ambiental siempre ha supuesto un obstáculo insalvable para obtener energía, ya que la electricidad estática es sumamente frágil. Cualquier superficie con carga en aire seco la retiene durante minutos, pero la humedad ambiental la drena en cuestión de segundos al formar una fina película conductora.

Este fenómeno físico neutraliza el funcionamiento de los nanogeneradores triboeléctricos tradicionales (TENG), diseñados para transformar el movimiento en corriente eléctrica. Sin embargo, un nuevo estudio publicado en la prestigiosa revista científica Advanced Functional Materials ha dado la vuelta por completo a esta clásica limitación física.

Una investigación internacional liderada por la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) en Australia ha logrado un hito histórico al respecto. Este equipo de científicos ha desarrollado una resina fotosensible para crear un dispositivo impreso en 3D que no solo tolera el agua suspendida en el aire, sino que funciona mejor con ella.

El dispositivo impreso en 3D que multiplica la electricidad gracias a la humedad

La clave del éxito de este nuevo dispositivo impreso en 3D está en su diseño químico a nivel molecular. En lugar de aislar el generador para esquivar el agua, la investigación australiana optó por lo contrario: diseñar una red de polímeros ávida de humedad que utiliza el agua absorbida para generar energía.

Los investigadores combinaron monómeros acrílicos ricos en grupos carboxilo, hidroxilo y amida, capaces de capturar las moléculas de agua mediante enlaces de hidrógeno. La fórmula definitiva mejoró todavía más al añadir un 5% de Metacrilato de Sulfobetaina (SBMA), un monómero zwitteriónico que posee cargas positivas y negativas permanentes en una misma molécula.

Esta arquitectura molecular inmoviliza el agua en capas estructuradas muy densas, impidiendo que el líquido forme una película libre que disipe la carga. Al contrario, el agua queda atrapada en posiciones fijas y su presencia aumenta la polarización del sistema.

Al alcanzar una humedad relativa del 90%, el sistema genera una corriente de 45,6 microamperios y 802 voltios. El hito supone una densidad de potencia de 48,4 vatios por metro cuadrado, lo que duplica los registros de cualquier dispositivo flexible previo diseñado para operar bajo condiciones húmedas severas.

Según explica un análisis del portal especializado Nanowerk, la gran ventaja competitiva de este diseño es que logra duplicar la potencia de dispositivos anteriores sin necesidad de utilizar rellenos inorgánicos y manteniendo el material 100% imprimible.

Los análisis espectroscópicos demostraron que el agua absorbida se queda anclada en posiciones fijas de la red molecular en lugar de acumularse como agua libre conductora.

Aplicaciones médicas y una comunicación sin baterías a través de la piel

Las posibilidades prácticas de esta tecnología de impresión digital son enormes debido a la alta resolución de la resina, capaz de consolidar detalles microscópicos de hasta 80 micrómetros.

Los autores del proyecto, los doctores Cyrille Boyer y Jin Zhang de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia, fabricaron estructuras complejas en forma de entramados tridimensionales, plantillas inteligentes capaces de distinguir si una persona camina o corre, y un dedal flexible que transmite código Morse mediante simples toques con el dedo.

Sin embargo, el experimento más complejo consistió en conectar el nanogenerador a un sistema de comunicación por retrodispersión (backscatter) para demostrar que se pueden alimentar implantes sin usar baterías.

La electricidad alterna producida por el movimiento se rectificó y acumuló en condensadores para alimentar un lector de radiofrecuencia. Esta señal inalámbrica se transmitió con éxito a través de una capa de piel de cerdo (que simuló el tejido humano) hasta llegar a una etiqueta electrónica implantable.

A pesar de que la piel del animal causó una atenuación de la señal de entre el 36% y el 59%, el dispositivo receptor logró cosechar de 11 a 17 milivatios de potencia. Estos resultados, por ejemplo, confirmarían la viabilidad de recargar marcapasos o implantes utilizando únicamente el movimiento y la humedad del cuerpo del paciente.