La hoja artificial obtiene energía del viento y las gotas de lluvia

Este artículo es parte de nuestra serie exclusiva IEEE Journal Watch en asociación con IEEE Xplore.

Cuando se trata de recolectar energía del agua o del viento, lo primero que nos viene a la mente es probablemente una enorme represa hidroeléctrica o un parque eólico. Pero piense en algo más pequeño.

Investigadores en Italia han desarrollado un sistema de recolección de energía que puede integrarse dentro de las plantas y genera electricidad a partir de las gotas de lluvia o el viento. En condiciones de lluvia o viento, el dispositivo puede generar suficiente electricidad para encender luces LED y alimentarse. El nuevo dispositivo se describe en un estudio publicado el 28 de febrero en IEEE Robotics and Automation Letters.

Fabian Meder es un investigador que estudia robótica blanda bioinspirada en el Instituto Italiano de Tecnología (IIT), en Génova, Italia. Señala que un sistema que dependa de hojas para producir energía podría ser especialmente útil para aplicaciones agrícolas y monitoreo ambiental remoto, donde se necesitan sensores autoalimentados para observar la salud de las plantas o monitorear las condiciones climáticas.

El dispositivo creado por Meder y sus colegas consiste en una hoja artificial que tiene una capa de elastómero de silicona en la parte inferior y se añade entre las hojas de una planta real. “Cuando las [hojas] se mueven con el viento, las dos superficies se tocan y se separan nuevamente, creando cargas estáticas en la cutícula de la hoja de la planta y en nuestro dispositivo”, explica Meder. “Estas cargas se inducen en el tejido celular interno de la planta, donde crean una corriente. Podemos recolectar esta corriente mediante un electrodo insertado en el tejido vegetal”.

Varios recolectores de energía existentes integrados en plantas utilizan una técnica similar para generar electricidad a partir del viento, pero este grupo de investigación llevó su trabajo un paso más allá, permitiendo que su dispositivo también recolecte energía de las gotas de lluvia.

Mientras que la capa de elastómero de silicona se encuentra a lo largo de la parte inferior de la hoja artificial para generar y recolectar cargas estáticas del susurro de las hojas, la hoja artificial tiene una capa diferente de etileno propileno fluorado (FEP) en su lado superior. Cuando las gotas de lluvia caen sobre esta capa superior, cargan la superficie y conectan los electrodos incrustados dentro y encima de la hoja artificial, creando un condensador. A medida que las gotas de lluvia se encogen y se esparcen por la superficie de la hoja, el acoplamiento capacitivo entre los electrodos cambia, produciendo una corriente.

Una hoja artificial crea electricidad a partir de gotas de lluvia y vientoyoutu.be

En su estudio, los investigadores integraron su sistema de hojas artificiales dentro de las hojas de una planta de adelfa viva y evaluaron su capacidad para recolectar energía con cantidades variables de lluvia y viento. Descubrieron que una sola gota de agua crea picos de voltaje y corriente de más de 40 voltios y 15 microamperios, y puede alimentar directamente 11 luces LED.

"Los resultados revelaron que la recolección de energía eólica y de lluvia es posible con el dispositivo, ya sea por separado o simultáneamente, lo que lo convierte en un recolector de energía multifuncional o un sensor autoalimentado", dice Barbara Mazzolai, directora asociada de robótica y directora de Bioinspired Soft Robotics del IIT. Laboratorio, que también participó en el estudio.

Ella señala que los sistemas existentes de recolección de energía como este, que dependen únicamente de la energía eólica, tienden a producir menos electricidad cuando sus superficies se mojan. Sin embargo, los investigadores informan que su nuevo dispositivo puede generar más electricidad en condiciones húmedas, a través de su capa superior de FEP para recolectar energía de las gotas de lluvia.

Según los resultados de este estudio, los investigadores creen que el rendimiento de su hoja artificial probablemente pueda mejorarse aún más mediante modificaciones de diseño, como las formas de los electrodos y los materiales, por ejemplo.

"Hemos presentado una solicitud de patente para esta tecnología y estamos analizando los mercados potenciales", afirma Mazzolai. "Aun así, es necesario realizar algunas investigaciones antes de definir el producto final; por ejemplo, queremos probar los sistemas en detalle en exteriores y en condiciones de viento y lluvia muy variables".