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Móviles siempre cargados por wifi: el invento de un ingeniero español

Científicos del MIT, la UPM y la UC3 desarrollan una antena flexible que transforma el wifi en electricidad

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Móviles siempre cargados por wifi: el invento de un ingeniero español
El ingeniero Tomás Palacios

El ingeniero Tomás Palacios MIT, E.I.

Resumen:

Imaginemos, por un momento, un móvil que nunca tiene que ser cargado. Es más, carece de batería porque la energía para funcionar le llega por las ondas. Es el sueño de Nikola Tesla y de Víctor Frankenstein, un mundo de electricidad sin hilos, capaz de dar vida a cuanto toca. Y aunque ni esto es nuevo, ni funciona exactamente así, es la propuesta de un equipo español y estadounidense para la electrónica del futuro. Cargar o, más bien, hacer funcionar nuestros dispositivos gracias a las ondas del wifi.

Tomás Palacios trabaja en el MIT desde 2006. Con 28 años ya era profesor en Massachusetts y ahora lidera una investigación internacional junto a colegas de la UPM, la Universidad Carlos III de Madrid, la de Boston y la de Carolina del Sur. Su fin es que prácticamente todo lo que nos rodea esté conectado y pueda alimentarse autónomamente, con poco coste energético. Acaban de publicar un artículo en Nature en que explican cómo gracias a un material que, como el grafeno, es flexible, se pueden capturar las ondas del wifi para hacer circular una corriente continua que alimente pequeños aparatos.

Hemos ideado una forma de dar electricidad a los sistemas del futuro: mediante la recolección de la energía del wifi

“Hemos ideado una nueva forma de dar electricidad a los sistemas electrónicos del futuro: mediante la recolección de la energía wifi de una manera que se integra fácilmente en grandes áreas, para llevar la inteligencia a cada objeto que nos rodea”, explica Tomás Palacios, profesor en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación desde el Centro para Dispositivos de Grafeno y Sistemas 2D que dirige en el MIT. Un espaldarazo energético al internet de las cosas. “¿Qué pasaría si pudiéramos desarrollar sistemas electrónicos que envolvemos alrededor de un puente. O si forramos una carretera completa, o las paredes de nuestra oficina, y llevar inteligencia electrónica a todo lo que nos rodea? ¿Cómo conseguimos energía para esos aparatos electrónicos?”. Apunta en relación a un futuro conectado o el fog computing.

Este ingeniero cree que, aunque nos parezca que este invento puede ser la panacea para cargar nuestros móviles, en realidad en unos años quizás no nos importen nada nuestros teléfonos. Quizás podamos hablar directamente a las paredes para que nos conecten con otras personas o busquen información en internet. Algo que empieza a suceder con los asistentes personales que trabajan en altavoces. Aunque la idea es que prácticamente todo esté conectado a la red, ya que, a su juicio, hoy son muy pocas cosas las que están en la red de redes.

El pilar físico para hacerlo no es nuevo. La idea es usar rectenas, es decir, antenas que debido a las características del material con que están hechas, son capaces de capturar las vibraciones de las microondas del wifi y traducirlas en movimiento de electrones, es decir, corriente. Mediante una serie de rectificaciones, la corriente es continua, de manera que está lista para ser consumida por un dispositivo, cual si fuera su pila.

Ondas que aún pueden ser más energéticas


Hablamos de wifi, pero también hay españoles trabajando en EE.UU. en otra tecnología que podría sustituir el estándar en que se basa. Se trata de la tecnología del terahercio y tratan de ver su seguridad, viabilidad y velocidad de transmisión de datos. En este vídeo te explicamos cuál es su fundamento. Pero también podrá hacerte una idea de cómo son las ondas del wifi y de qué manera pueden afectar a un material para que produzca una corriente eléctrica.

Cuanto más rápidas son las ondas, más cortas, con lo que llegan menos lejos porque se atenúan antes. Explicamos que lo que es una desventaja, se convierte en un avance en seguridad, ya que es más fácil detectar a un espía.

Electricidad para implantes y chips que se tragan

Otra posible aplicación es potenciar las comunicaciones de datos de dispositivos médicos implantables, apunta desde España su colega Jesús Grajal, investigador de la Universidad Politécnica de Madrid. Por ejemplo, los investigadores están comenzando a desarrollar píldoras que pueden ser ingeridas por los pacientes y transmitir datos de salud a un ordenador para realizar diagnósticos. “Lo ideal es no usar baterías para alimentar estos sistemas, porque si pierden litio, el paciente podría morir”, dice Grajal. “Es mucho mejor cosechar energía del ambiente para encender estos pequeños laboratorios dentro del cuerpo y comunicar datos a computadoras externas”.

Otro campo interesante es el de la tecnología vestible. “Las propiedades mecánicas y electrónicas de los materiales bidimensionales los hacen prometedores para su uso en electrónica flexible (una pantalla que se pliega o la ropa)”, explican en el paper. “Su grosor atómico y su capacidad de síntesis a gran escala podrían permitir el desarrollo de piel inteligente, que podría transformar objetos ordinarios en una red de sensores distribuidos. Sin embargo, aunque ya se han demostrado muchos componentes importantes de dicho sistema electrónico distribuido (por ejemplo, transistores, sensores y dispositivos de memoria basados ​​en materiales bidimensionales, etc.) todavía falta una solución eficiente, flexible y siempre activa de recolección de energía, que es indispensable para los sistemas autoalimentados”.

Aunque Palacios lleva años investigando con grafeno, su equipo ha tirado de un nuevo material 2-D llamado disulfuro de molibdeno (MoS2). Con tres átomos de espesor, es uno de los semiconductores más finos del mundo. Al hacerlo, el equipo aprovechó un comportamiento singular del MoS2: cuando se exponen a ciertos químicos, los átomos del material se reorganizan de una manera que actúa como un interruptor, forzando una transición de fase de un semiconductor a un material metálico. Esta estructura se conoce como un diodo Schottky, que es la unión de un semiconductor con un metal. Eso “minimiza simultáneamente la resistencia en serie y la capacitancia parásita”, añade el coautor Xu Zhang.

La capacitancia parasitaria es una situación inevitable en la electrónica donde ciertos materiales almacenan un poco de carga eléctrica, lo que ralentiza el circuito. Por lo tanto, una menor capacitancia significa mayores velocidades del rectificador y mayores frecuencias de operación.

Entonces… ¿el wifi de casa es más potente de lo que pensábamos?

No. La radiación electromagnética del wifi de casa es menos energética que, seguramente, la bombilla que la ilumina. Tampoco nadie está hablando aquí de mantener encendida una lámpara de casa mediante el wifi.

Comparamos la radiación de un router wifi con la de una bombilla y explicamos cómo llega internet a los dispositivos inalámbricos

 

La eficiencia de salida máxima para el dispositivo actual es del 40%, dependiendo de la potencia de entrada de la entrada de la señal inalámbrica. En el nivel típico de potencia del wifi, la eficiencia energética del rectificador MoS2 es de alrededor del 30%. Lo cual puede ser la mitad del partido que se le saca a las actuales antenas productoras de electricidad que son rígidas. Es decir, aún hay mucho que hacer a la hora de poder tener electricidad flexible a partir de una señal débil de microondas como es la del wifi de casa.

En experimentos, el dispositivo de los investigadores puede producir alrededor de 40 microvatios de potencia cuando se expone a los niveles de potencia típicos de las señales de wifi (alrededor de 150 µW). Eso sí es más que suficiente poder para iluminar una simple pantalla móvil o chips de silicona. Quizás en unos años sí podamos decir eso de que las ondas del wifi “se ven brillar”.