Crean microbaterías para el “polvo inteligente”

Hay computadores cada vez más pequeños, a menudo en forma de chip colocado en dispositivos que van desde los teléfonos móviles hasta los relojes inteligentes e incluso en dispositivos todavía más pequeños.

Y todo apunta a que esta tendencia a la miniaturización continuará a buen ritmo en las décadas venideras.

Un claro ejemplo de miniaturización de computador llevada a un grado extremo lo tenemos en los microdispositivos de vanguardia denominados coloquialmente “polvo inteligente”, para los que se está realizando mucho trabajo de investigación en laboratorios.

Se trata de dispositivos electrónicos con tamaños parecidos a los de motas de polvo o granos de arena.

Uno de sus primeros usos será como sensores biocompatibles dentro del cuerpo humano.

Por sus características, exigen baterías lo bastante potentes pero tan diminutas que ello entraña desafíos técnicos muy complejos.

La energía para hacer funcionar dispositivos de tamaño submilimétrico puede obtenerse desarrollando baterías adecuadas para ellos o bien recurriendo a métodos para recolectar energía del ambiente con la que generar electricidad.

En la modalidad de la recolección, los microgeneradores termoeléctricos, por ejemplo, usan el calor para generar electricidad, pero su potencia de salida es demasiado baja para hacer funcionar chips de computador, aunque tengan el tamaño de motas de polvo.

Las vibraciones mecánicas son otra fuente de energía capaz de alimentar dispositivos de tamaño reducido.

Células fotovoltaicas minúsculas, instaladas en los propios chips para que conviertan la luz en energía eléctrica, también son prometedoras.

Sin embargo, ni la luz ni las vibraciones están disponibles en todo momento ni en todo lugar, lo que hace imposible el funcionamiento bajo demanda del polvo inteligente en muchas situaciones.

Un caso evidente es, por ejemplo, el de los dispositivos emplazados dentro del cuerpo humano, situación en la que lo más probable es que sensores y actuadores requieran un suministro continuo de energía.

Unas baterías potentes pero lo bastante diminutas resolverían todos estos problemas.

Sin embargo, los diseños aptos para baterías de tamaño normal no sirven para las microbaterías.

No es tan fácil como hacerlo todo igual pero más pequeño.

El equipo de Oliver G. Schmidt y Minshen Zhu, de la Universidad Tecnológica de Chemnitz en Alemania, se propuso diseñar una batería recargable que tuviera bastante menos de un milímetro cuadrado, que fuera integrable en un chip y que pudiera suministrar suficiente energía como para alimentar a un microcomputador.

Los investigadores lo han conseguido recurriendo a un método que puede describirse como microorigami.

El origami o papiroflexia es el arte de crear estructuras complejas con un trozo de material (tradicionalmente papel) sin más recurso que la realización ingeniosa de pliegues en los puntos precisos.

En la versión que han empleado Schmidt, Zhu y sus colaboradores, se crea un sistema de capas con tensión inherente mediante el recubrimiento consecutivo de finas capas de materiales poliméricos, metálicos y dieléctricos sobre la superficie de una oblea.

La tensión mecánica se libera despegando las finas capas, que vuelven a enrollarse automáticamente.

De este modo, no se necesitan fuerzas externas para crear esta microbatería cilíndrica autoenrollada.

Con este método, el equipo de investigación ha producido microbaterías recargables que podrían alimentar a los chips de computador más pequeños del mundo durante unas diez horas para, por ejemplo, medir la temperatura ambiente local de forma continua.

Estas baterías minúsculas tienen un gran potencial para energizar futuros sensores electrónicos de tamaños microscópicos y otros dispositivos de tales dimensiones en ámbitos como la Internet de las Cosas, los implantes médicos miniaturizados, los sistemas microrrobóticos y la electrónica ultraflexible.

Schmidt, Zhu y sus colegas exponen los detalles técnicos del nuevo diseño de batería en la revista académica Advanced Energy Materials, bajo el título “On-Chip Batteries for Dust-Sized Computers”

Fuente: Advanced Energy Materials