Lecciones de la naturaleza para domar el hielo y recolectar energ¨ªa

La naturaleza y algunos comportamientos sociales aportan soluciones que la ciencia tarda en interpretar e imitar. La flor de loto es una obra de ingenier¨ªa natural que ha creado una superficie ¨²nica que repele el agua donde vive y los animales carro?eros son los grandes recicladores del entorno, como lo son tambi¨¦n los rebuscadores, las personas que recogen lo que ha sido desechado o abandonado. Ambos ejemplos han inspirado dos proyectos europeos, liderados por el Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas (CSIC) y la Universidad de Sevilla, que han desarrollado materiales hidr¨®f¨®bicos (que repelen el agua) para prevenir el engelamiento (formaci¨®n de hielo sobre una superficie al entrar en contacto con gotas de agua atmosf¨¦rica), un sistema para eliminar el que se forme y dispositivos capaces de aprovechar la energ¨ªa residual generada en la vida cotidiana por los cambios de temperatura, el movimiento o una luz encendida.

La primera de las investigaciones, Sound of Ice o Sonido del Hielo, es un proyecto cient¨ªfico que ha desarrollado un sistema de descongelamiento inteligente, energ¨¦ticamente eficiente, seguro para el medio ambiente y operado de forma aut¨®noma a partir de transductores ac¨²sticos, dispositivos que transforman el efecto de una causa f¨ªsica en otro tipo de se?al.

El primer paso para crear este sistema fue crear una superficie que redujera el engelamiento, un proceso natural que puede arruinar la eficacia de los drones, de las palas de los aerogeneradores y, a mayor escala, afectar al comportamiento aerodin¨¢mico de los aviones. ¡°Una de las de las estrategias que se utilizan para generar superficies pasivas ante el hielo, hidrof¨®bicas, es copiar lo que la naturaleza ha optimizado durante tantos a?os¡±, explica Ana Borr¨¢s, cient¨ªfica del CSIC que forma parte de ambos proyectos. ¡°La superficie de la flor de loto¡±, a?ade, ¡°es una de las referencias. Tiene una rugosidad en varias escalas, protuberancias visibles al microscopio que generan espacios donde queda aire. Las superficies que nosotros hemos desarrollado no son solo muy dif¨ªciles de mojar, sino que tambi¨¦n permiten que las gotas de agua se muevan libremente¡±.

A partir de esa ¡°superficie pasiva¡± que reduce y retrasa la formaci¨®n de hielo, el segundo paso ha sido, seg¨²n explica Borr¨¢s, ¡°integrar un dispositivo que permite detectar el que se genere y aplicar energ¨ªa mediante ondas ac¨²sticas¡±.

?ngel Barranco, investigador del CSIC y l¨ªder del grupo de nanotecnolog¨ªa en el que participa la Universidad de Sevilla, destaca la importancia de la inspiraci¨®n en la flor de loto: ¡°La estructura de varios niveles se puede fabricar en laboratorio, pero a esa idea no se hubiera llegado tan directamente si no se hubiera visto previamente que en la naturaleza funciona as¨ª¡±.

Para Borr¨¢s, la reproducci¨®n a gran escala de las caracter¨ªsticas de la superficie desarrollada en laboratorio es ya posible. El dispositivo inteligente asociado se ha probado ya en peque?as dimensiones (en formatos de 15 por 15 cent¨ªmetros), pero creen que ser¨¢ posible escalarlo. Ya es aplicable para evitar que el hielo afecte a lentes de drones de vigilancia, pero el objetivo es evitar este proceso natural en antenas, palas de aerogeneradores y alas de avi¨®n, por ejemplo.

Rebuscadores de energ¨ªa

El segundo de los proyectos, 3Dscavengers, toma su nombre de un t¨¦rmino en ingl¨¦s que se refiere a la labor de los animales carro?eros y a la actividad de los recolectores o, en leguaje agrario, de los rebuscadores: la recogida del fruto que queda en los campos despu¨¦s de alzada la cosecha. En este sentido, la investigaci¨®n desarrolla dispositivos capaces de captar la energ¨ªa que se disipa en acciones cotidianas, como encender una luz o el movimiento aleatorio de las personas. ¡°La idea¡±, explica Borr¨¢s, ¡°es aprovechar la microenerg¨ªa ambiental, la que tienes a tu alrededor en forma de calor o de vibraciones o incluso la procedente de la iluminaci¨®n que tienes en una habitaci¨®n¡±.

De esa idea surge el desarrollo de dispositivos fundamentados en la nanotecnolog¨ªa que permitan convertir la luz, los cambios de temperatura y las vibraciones o deformaciones mec¨¢nicas, que no son continuas, constantes y homog¨¦neas, en una fuente de energ¨ªa aprovechable y acumulable.

?ngel Barranco explica que podr¨ªan ser la fuente de alimentaci¨®n de sensores en edificios o explotaciones agr¨ªcolas que capten la energ¨ªa disponible en el entorno. ¡°Hay muchas iniciativas de este tipo y se pueden combinar fuentes como la t¨¦rmica, muy com¨²n en un proceso de rozamiento, e incluso la procedente de la radiaci¨®n electromagn¨¦tica. Si se mide el campo el¨¦ctrico que hay en una calle con las se?ales de wifi es una fuente de energ¨ªa que aprovecha el m¨®vil para mandar se?ales, pero la mayor parte de ella se est¨¢n proyectando en ¨¢reas grandes y acaba disip¨¢ndose¡±, comenta.

Y a?ade: ¡°Del cuerpo humano, de la temperatura, de los movimientos y las vibraciones se puede extraer energ¨ªa. El ultrasonido que se usa para diagnosis m¨¦dica puede servir tambi¨¦n para introducir energ¨ªa dentro de un dispositivo que est¨¦ dentro del cuerpo. Los m¨¢s conocidos son para regular el coraz¨®n, pero pueden activar nervios y hacer muchas funciones¡±. Tambi¨¦n se ha probado con las corrientes de aire de ventiladores.

La idea, seg¨²n explica Barroso, es que se pueda utilizar toda la energ¨ªa generada o que puedan alimentar dispositivos. ¡°Una peque?a celda solar en tu hombro¡±, a?ade Borr¨¢s, ¡°a lo largo del d¨ªa, puede acumular energ¨ªa suficiente como para recargar el m¨®vil. En una l¨ªnea de fabricaci¨®n, el 30% de la energ¨ªa que se inyecta se consume en vibraciones¡±.

Adem¨¢s, seg¨²n precisa Barroso, ¡°no hay ninguna limitaci¨®n a la mejora en el consumo de energ¨ªa de dispositivos. En el futuro van a precisar mucha menos y es posible que esa energ¨ªa ambiental sea suficiente para servir de fuente de alimentaci¨®n¡±.

Y aporta un ejemplo: ¡°Miles de sensores en un puente aportan informaci¨®n local de cada punto y detectan con precisi¨®n d¨®nde surge un problema sin depender de un ¨²nico sensor cableado y conectado a internet¡±

El proyecto pretende incluso aprovechar el movimiento del agua al caer por los desag¨¹es pluviales o convertir el impacto de gotas de lluvia en corriente el¨¦ctrica, que tendr¨ªa aplicaciones en superficies como las ventanas o las placas solares.

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