Mejora Retención Calor Potencia Monitor Salud Vestible de Muñeca

Ingenieros de la Universidad Estatal de Carolina del Norte continúan mejorando la eficiencia de un dispositivo flexible llevado en la muñeca que cosecha energía térmica del cuerpo humano para monitorizar salud.

Los investigadores reportan mejoras significativas en prevención de fuga de calor en el cosechador flexible de calor corporal que reportaron primero en 2017 y actualizaron en 2020. Los cosechadores usan energía térmica del cuerpo para alimentar tecnologías vestibles —pienso en relojes inteligentes que miden frecuencia cardíaca, oxígeno en sangre, glucosa y otros parámetros— que nunca necesitan recargar baterías. La tecnología se basa en los mismos principios que gobiernan cosechadores termoeléctricos rígidos que convierten calor en energía eléctrica.

Los cosechadores flexibles que se adaptan al cuerpo son altamente deseados para tecnologías vestibles. Mehmet Ozturk, profesor de ingeniería eléctrica y computacional en NC State, mencionó contacto superior con piel con dispositivos flexibles, así como consideraciones ergonómicas y de comodidad para el usuario, como razones principales para construir generadores termoeléctricos flexibles (TEGs).

El rendimiento y eficiencia de cosechadores flexibles, sin embargo, históricamente van muy por detrás de dispositivos rígidos, superiores en convertir calor corporal en energía usable.

El TEG prueba-de-concepto original reportado en 2017 empleaba elementos semiconductores conectados eléctricamente en serie usando interconexiones de metal líquido EGaIn —aleación no tóxica de galio e indio. EGaIn proporcionaba conductividad eléctrica tipo metal y elasticidad. Todo el dispositivo estaba incrustado en elastómero de silicona elástico.

El dispositivo mejorado reportado en 2020 empleaba la misma arquitectura pero mejoró significativamente la ingeniería térmica de la versión anterior, aumentando la densidad de elementos semiconductores que convierten calor en electricidad. Una mejora fue elastómero de silicona de alta conductividad térmica —esencialmente un tipo de goma— que encapsulaba las interconexiones EGaIn.

La iteración más nueva añade copos de aerogel al elastómero de silicona para reducir la conductividad térmica del elastómero. Resultados experimentales mostraron que esta innovación redujo la fuga de calor a través del elastómero a la mitad.

"La adición de aerogel detiene el calor que se filtra entre las 'patas' termoeléctricas del dispositivo", dijo Ozturk. "Cuanta mayor fuga de calor, menor la temperatura que se desarrolla en el dispositivo, lo que se traduce en menor potencia de salida."

"El dispositivo flexible reportado en este artículo rinde un orden de magnitud mejor que el de 2017 y sigue acercándose al rendimiento de dispositivos rígidos", añadió.

Ozturk dijo que una fortaleza de la tecnología patentada por NC State es que emplea los mismos elementos semiconductores usados en dispositivos rígidos perfeccionados tras décadas de investigación. El enfoque también da oportunidad de bajo coste a fabricantes de módulos termoeléctricos rígidos para entrar en mercado termoeléctrico flexible.

Añadió que su laboratorio seguirá enfocándose en mejorar eficiencia de estos dispositivos flexibles.