Reciclar ruido para curar enfermedades

Nikola Tesla soñaba ya, hace un siglo, con transmitir energía de forma inalámbrica a toda la Tierra. No hemos llegado aún a ese punto, pero es un hecho que nos encontramos rodeados por ondas electromagnéticas procedentes de los sonidos de la ciudad, las vibraciones de las máquinas o las ondas wifi, energías residuales capaces además, de alimentar pequeños dispositivos.

  • La energía que vibra de las cosas

“La energía mecánica está en todas partes, todo se está moviendo, incluso, el ser humano es una fuente muy grande de energía mecánica”, comenta Gonzalo Murillo, investigador del Instituto de Microelectrónica de Barcelona. Murillo lleva desde el 2007 trabajando en varios proyectos basados en el aprovechamiento de la energía mecánica (la que se produce por el movimiento de los cuerpos o por una deformación) con fines tan diversos como el IoT o la biomedicina. En 2016 e impulsado por el proyecto europeo SINERGY, Murillo lideraba el desarrollo de un dispositivo basado en un material piezoeléctrico que lograba captar las vibraciones del ambiente, transformarlas en energía eléctrica y almacenarlas como batería para alimentar dispositivos de poca potencia. Actualmente, también trabaja en otro proyecto europeo, EnSO, que le ha permitido buscar otras aplicaciones, como en el sector de la movilidad o la distribución de redes de agua, gas y electricidad. Para poder comercializar estos servicios orientados a aplicaciones industriales e IoT, Murillo y otros dos fundadores crearon en 2017 la startup Energiot.

  • La wifi de casa y el laboratorio dentro de mi cuerpo

Una energía residual, cada vez más presente en nuestros espacios, son las ondas wifi. Jesús Grajal, profesor en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación de la UPM, trabaja con un equipo en el desarrollo de aparatos que saquen rendimiento a esta energía:

“Básicamente, de lo que trata este dispositivo es de utilizar la energía que es gratis, que está en el ambiente, que puede provenir de una wifi, puede provenir de bluetooth… Entonces lo que hacemos es utilizar una antena, encargada de captar esas ondas, que se transmiten a un circuito, capaz de convertirlas en energía continua para que funcione en cualquier dispositivo electrónico. En cualquier caso, la energía que se recoge es baja, y por eso, este tipo de sistemas tienen que almacenarla o bien, utilizarse para dispositivos que consuman muy poca energía: como el IoT o dispositivos médicos.”

Jesús Grajal en las instalaciones de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación de la UPM mostrando la antena con la que captan la energía de la wifi para otros dispositivos.

De hecho, la biomedicina es donde confluyen tres de las investigaciones relacionadas con esta materia, y parece que el futuro más prometedor de estas aplicaciones podría encontrarse dentro de nuestro cuerpo:

«Pueden estar por ejemplo, pegados a la piel, pero también pueden ser dispositivos que se absorban, que se inyecten, que se ingieran, y entonces ese ‘laboratorio’ podría hacer medidas dentro del cuerpo, no necesitaría ninguna pila porque podría recibir la energía del exterior, en este caso la wifi, pero podría ser cualquier tipo de energía capaz de captar este sensor. Realizar las medidas y sacarlo al exterior sin la necesidad de que hubiera una pila dentro, que podría ser un problema en caso de que hubiera una fuga.»

Si Grajal prevé pequeños laboratorios dentro de nuestro cuerpo para diagnosticar enfermedades, Murillo imagina una medicina inteligente que pueda tratarlas. Este trabajo, en fase de investigación con el CSiC, pretende utilizar la energía que desprenden nuestras células al moverse. El objetivo es crear microdispositivos inyectables al que llaman «polvo inteligente» (Smart dust) para estimular grupos de células electroactivas. Las primeras enfermedades que podrían verse beneficiadas en este desarrollo sería aquellas como la epilepsia, el Parkinson, y en general las relacionadas con trastornos neuronales y nerviosos, ya que actúan mediante impulsos eléctricos. La base en la que se asientan estos materiales es la nanotecnología y las propiedades piezoeléctricas, pero de una forma no invasiva para el cuerpo. «Sería parecido a un marcapasos o a un estimulador eléctrico para tratar el Parkinson» comenta Murillo, «pero sin necesidad de baterías ni operaciones complejas».

Gustau Catalán, Profesor de investigación ICREA y jefe de investigación del grupo de Nanoelectrónica de Óxidos en el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología, lleva 15 años estudiando el campo de la flexoelectricidad, propiedad que también convierte una deformación mecánica en electricidad (y viceversa) pudiendo servir para acelerómetros y sensores de presión, tales como los dispositivos que activan los airbags o en ecografías.

Es también en biomedicina donde Catalán le ve mayor futuro, porque como expresa: “es esencial que los materiales usados sean biocompatibles y no tóxicos, cosa que no sucede con muchos de los materiales piezoeléctricos. Estos irían desde la realización de prótesis flexoeléctricas que generen microvoltajes para promover la calcificación del hueso, hasta la recaptación de energía mecánica que genera nuestro cuerpo para alimentar dispositivos electrónicos implantados, como los marcapasos. Eso ahorraría tener que cambiar la pila del marcapasos cada ciertos años.”

Otro campo interesante podría encontrarse en los audífonos de nueva generación: “Sospecho que se puede ir más allá de los audífonos actuales. Si en vez de hacer un amplificador para un oído medio sordo, hacemos directamente un “oído electrónico” que convierta el sonido en una señal eléctrica conectada al cerebro, la flexoelectricidad sirve. De hecho, así es como ya funcionan los estereocilios de manera natural”. Aclara Catalán, y añade que en el Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia ya hay un grupo de investigación especializado en establecer conexiones electrónico-neuronales. “Creo que el grupo del profesor José Antonio Garrido en el ICN2 es capaz de conectar electrónicamente ojos a cerebros”.

Esquema del papel de la flexoelectricidad en la reparación y remodelación ósea. Fuente: Investigation of The Cellular Response to Bone Fractures: Evidence for Flexoelectricity
  • El problema está en el tamaño

Por el momento, los tres investigadores coinciden en la dificultad de aprovechar estas energías a una escala mayor: » Aquí lo que hay que tener en cuenta es si el coste del dispositivo compensa el beneficio que estás obteniendo,» comenta Murillo. Normalmente se aplica a lugares donde el acceso es costoso o difícil y alimentan dispositivos electrónicos de funcionalidad limitada, por lo que aún no podremos utilizarla, por ejemplo, cargar un teléfono móvil. «Para ello necesitaríamos un generador muy grande, y entonces carecería de sentido» aclaraba el investigador del Instituto de Microelectrónica de Barcelona.

Catalán añade que toda energía que se pueda recuperar será útil pero “no tanto para alimentar el motor o las luces de la autopista, sino más bien sensores autónomos en parkings o autopistas de peaje sin necesidad de instalar cables eléctricos kilométricos”.

En definitiva, parece que el mayor beneficio a corto plazo de estos proyectos es el mantenimiento de los millones de sensores IoT que poblarán nuestras vidas. No solo por el ahorro económico sino también medioambiental, evitando millones de pilas en esos dispositivos. O en la industria del retail, que como explicaba Jesús Grajal, se están invirtiendo millones en esta tecnología para la localización de paquetería y evitar pérdidas. Para las soluciones biomédicas aún tendremos que esperar un poco más, los investigadores prevén al menos 10 o 15 años hasta que podamos verlas comercializarse como complemento a la medicina tradicional, aunque las primeras bases ya están creadas.

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