Una batería que nunca se agota. ¿Cómo se alimenta?

Los humanos somos máquinas complejas con partes móviles que sorprenden en muchos sentidos. Los científicos coinciden en que el potencial del hombre es infinito. Los científicos y desarrolladores de tecnología están dispuestos a utilizar el cuerpo humano como fuente inagotable de energía. Si tiene éxito, resolvería el eterno enigma de los dispositivos portátiles más pequeños, como relojes inteligentes, auriculares, dispositivos médicos y similares, que a menudo se quedan sin energía en el momento equivocado.

Los dispositivos con cierto grado de autonomía, incluida la carga automática de baterías, son el futuro. La única pregunta es: ¿de dónde sacar la energía omnipresente e "infinita"? Los científicos han llegado a la conclusión de que el cuerpo humano puede ser una fuente conveniente de energía. El hallazgo llegó en el momento adecuado, ya que el mercado de dispositivos portátiles se ha disparado en los últimos años.

Los llamados "electrocéuticos" se oponen a la farmacia y la medicina clásicas, ya que los expertos predicen que cada vez más personas dependerán de dispositivos portátiles para controlar y mantener la salud, como electroestimuladores implantados, marcapasos, monitores de presión arterial y frecuencia cardíaca.

Las "biobaterías" y el proceso de recolección de energía de fuentes externas podrían hacer que dichos dispositivos sean energéticamente autónomos, eliminando la necesidad de intervenciones invasivas para reemplazar las baterías agotadas. Al mismo tiempo, reduciríamos la posibilidad de que los dispositivos se implanten incorrectamente, su infección o movimientos posteriores no deseados.

Desde principios del segundo milenio, la profesión ha estado desarrollando dispositivos que pueden funcionar con el cuerpo humano. Hasta el momento no ha habido grandes éxitos. La tecnología o los dispositivos eran simplemente un desperdicio excesivo para las cantidades mínimas de electricidad que se pueden obtener mediante los procesos naturales del cuerpo humano. Sin embargo, después de dos décadas de esfuerzos, los expertos lograron dar un gran salto. Gracias también a los desarrolladores de dispositivos portátiles, que en los últimos 10 años han logrado crear dispositivos que consumen una cantidad extremadamente pequeña de energía. Con esto, abrieron la puerta de par en par a ideas y prototipos que pueden aprovechar el poder de nuestro cuerpo.

Una central eléctrica alimentada por células

En pocas palabras, las células pueden ser baterías bioquímicas que convierten el combustible dulce en energía. La startup alemana Celtro aprovecha esta fuente de energía mediante el uso de conjuntos de microagujas que pueden extraer pequeñas cantidades de energía de cientos de miles de células. El primer producto de la empresa alemana será un pequeño marcapasos autónomo. "La contracción muscular, como el corazón, comienza en un punto y luego se extiende por todo el músculo cardíaco", afirma el director general y cofundador Gerd Teepe. "Nuestra idea era recolectar energía en múltiples puntos para aprovechar esta acción ondulatoria del músculo". Además de recolectar energía, las microagujas multipropósito se insertarán en el tejido cardíaco para monitorear el corazón y brindar asistencia con estimulación eléctrica para restaurar la el ritmo cardíaco cuando sea necesario. En 2021, Celtro consiguió recaudar fondos suficientes para iniciar estudios de laboratorio que demostraran la viabilidad del concepto.

Pilas de combustible de papel

La startup francesa BeFC está desarrollando biobaterías con credenciales ecológicas. Esto significa que la pila de combustible utiliza capas de carbono, celulosa, glucosa y algunas enzimas patentadas. Agregar un líquido, como sangre u orina, desencadena una reacción que produce electricidad. Su producto, en forma de parches de papel, podría alimentar dispositivos de diagnóstico y sensores desechables para el monitoreo continuo de condiciones, como kits de monitoreo de azúcar para diabéticos. Después de su uso, las pilas de combustible pueden incluso convertirse en abono, a diferencia de otras baterías en miniatura que acaban acabando en los vertederos. BeFC se encuentra actualmente en la fase de recaudación de fondos. Esperan llegar al mercado con sus productos en 2024.

Marcapasos con recolector de energía piezoeléctrica

CAIRDAC, con sede en París, está desarrollando un marcapasos impulsado por el corazón del paciente. El marcapasos sin agua está empaquetado en una cápsula que contiene un recolector de energía piezoeléctrica: un péndulo que oscila a través de los latidos del corazón, el flujo sanguíneo y la vibración. Las oscilaciones se convierten en electricidad y se almacenan hasta que el dispositivo detecta que el corazón necesita una descarga para restablecer el ritmo. La startup recaudó recientemente 17 millones de euros para continuar con las pruebas preclínicas y la transición a los ensayos en humanos.

¿Alimentar sensores e implantes con energía solar?

Los paneles solares se han extendido a los tejados de muchos hogares en los últimos dos años. Incluso en Eslovenia hubo un momento en que hubo una larga cola para la construcción de una planta de energía solar independiente. Investigadores de la Universidad de Monash en Melbourne han descubierto que un panel solar colocado debajo de la piel es capaz de producir hasta 10 % de energía solar bajo la luz solar directa. Esto es suficiente para alimentar dispositivos con un consumo extremadamente bajo. Unas pocas horas de energía solar serían suficientes para que un sensor de temperatura que se puede implantar en el cuerpo humano funcione durante 24 horas. Según los investigadores, el lugar óptimo para implantar un panel solar es entre el cuello y el hombro.

corazón hidroeléctrico

Miniturbinas podrían aprovechar el flujo sanguíneo y convertirlo en electricidad, al menos eso es lo que está descubriendo la Universidad de Berna. Los investigadores han diseñado una turbina con forma de torpedo que podría implantarse en un vaso sanguíneo del corazón, creando una forma de generar electricidad a través del flujo sanguíneo, similar a cómo funciona la energía hidroeléctrica. Un desafío importante al que se enfrentan activamente es cómo evitar la formación de coágulos de sangre en las palas de las turbinas. En pruebas de laboratorio, su turbina pudo generar suficiente energía para alimentar marcapasos sin agua disponibles comercialmente.

parche piezoeléctrico

La startup italiana PiezoSkin afirma haber desarrollado un parche cutáneo piezoeléctrico ultrafino que puede medir simultáneamente los movimientos humanos y extraer energía de ellos. En un estudio, el parche se usó para monitorear el movimiento del cuello en personas con disfagia (dificultad para tragar), pero también podría usarse para monitorear y extraer energía a través de otros movimientos y vibraciones del cuerpo. Al igual que los otros prototipos, los parches PiezoSkin podrían generar suficiente energía para alimentar dispositivos más pequeños.

¿Suministro de calor?

El cuerpo humano emite una media de 100 vatios de energía térmica al día, lo que, según la empresa suiza Mithras, podría ser suficiente para alimentar biosensores e implantes portátiles. Sus fuentes de energía termoeléctrica, conocidas como TEG, generan electricidad aprovechando la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el medio ambiente. La compañía estima que su parche cutáneo TEG con una diferencia de temperatura de 5 grados Celsius podría alimentar completamente un implante coclear.