Aprovechamiento energético piezoeléctrico a escala reducida
El aprovechamiento energético en rangos de frecuencia baja era difícil anteriormente debido a la fragilidad inherente de los materiales que componen los módulos de aprovechamiento. Concretamente, la rigidez limitada del silicio convencional y de todos los materiales piezoeléctricos impedía el desarrollo de sistemas de aprovechamiento de las vibraciones capaces de operar por debajo de cien hercios. La ausencia de sistemas de aprovechamiento energético duraderos en el rango de frecuencias bajas constituyó el objeto del proyecto MANPOWER (Energy harvesting and storage for low frequency vibrations). «Los objetivos principales fueron el desarrollo de materiales y estructuras electrónicas para los dos componentes esenciales de un sistema de aprovechamiento energético de baja frecuencia: el módulo de aprovechamiento energético y el dispositivo de almacenamiento de carga», afirma el Dr. Cian Ó Murchú, coordinador de este proyecto financiado con fondos europeos. El rango de frecuencia de vibración objeto de este estudio estaba entre 20 y 30 Hz. En este sentido, un grupo de especialistas en nanotecnología, expertos en tecnologías de la comunicación y físicos colaboró en el desarrollo de una tecnología que capta la energía generada por las vibraciones del corazón. Los socios del proyecto MANPOWER diseñaron sustratos poliméricos autobasculantes y materiales piezoeléctricos optimizados que pueden adaptarse a la escala necesaria. Un bastidor vibrador, creado a partir de estos materiales, responde al movimiento de los latidos del corazón humano. Aunque esta tecnología ya estaba disponible a mayor escala en aplicaciones mecánicas e industriales, el siguiente paso en el seno del proyecto fue adaptarla para su utilización en marcapasos autoalimentados. Las limitaciones de tamaño eran uno de los desafíos principales que debía superar el proyecto MANPOWER. «A medida que se reduce el tamaño del módulo de aprovechamiento energético, la energía que puede generarse también disminuye. Los requisitos iniciales de alimentación eléctrica del marcapasos eran muy superiores a los que podía suministrar el diminuto módulo de aprovechamiento energético, a pesar de lo cual logramos ajustarnos a la especificación de referencia al combinar la optimización de materiales y diseño con una mejora de la circuitería», explicó el Dr. Ó Murchú. Además, la obtención de un dispositivo implantable también exigía la integración de tecnologías de envasado biocompatibles en la totalidad del sistema, así como disponer de un modelado teórico para evaluar la fiabilidad de los componentes y predecir su vida útil. Antes de la conclusión del proyecto, el prototipo del paquete de marcapasos, incluido un acelerómetro de tres ejes, se implantó en el corazón de una oveja para la realización de ensayos in vivo. Los resultados obtenidos permiten vislumbrar una mejora de la vida de los pacientes con problemas cardíacos. Los marcapasos cuyo suministro eléctrico depende de los módulos que aprovechan la energía vibracional son lo suficientemente pequeños para su implantación en el tabique cardíaco y pueden funcionar durante periodos de tiempo más largos que los marcapasos convencionales que emplean pilas. Según el Dr. Ó Murchú, el «módulo de aprovechamiento energético del proyecto MANPOWER puede aplicarse a otras fuentes de vibración de baja frecuencia, por ejemplo el movimiento del cuerpo humano, los motores de vehículos, el movimiento de embarcaciones y las olas».
Palabras clave
Aprovechamiento energético, marcapasos, materiales piezoeléctricos, MANPOWER, vibraciones de baja frecuencia