Reciclar ruido para curar enfermedades

Nikola Tesla so?aba ya, hace un siglo, con transmitir energ¨ªa de forma inal¨¢mbrica a toda la Tierra. No hemos llegado a¨²n a ese punto, pero es un hecho que nos encontramos rodeados por ondas energ¨¦ticas procedentes de los sonidos de la ciudad, las vibraciones de las m¨¢quinas o las ondas wifi, energ¨ªas residuales capaces adem¨¢s, de alimentar peque?os dispositivos.

• La energ¨ªa que vibra de las cosas

¡°La energ¨ªa mec¨¢nica est¨¢ en todas partes, todo se est¨¢ moviendo, incluso, el ser humano es una fuente muy grande de energ¨ªa mec¨¢nica¡±, comenta Gonzalo Murillo, investigador del Instituto de Microelectr¨®nica de Barcelona. Murillo lleva desde el 2007 trabajando en varios proyectos basados en el aprovechamiento de la energ¨ªa mec¨¢nica (la que se produce por el movimiento de los cuerpos o por una deformaci¨®n) con fines tan diversos como el IoT o la biomedicina. En 2016 e impulsado por el proyecto europeo SINERGY, Murillo lideraba el desarrollo de un dispositivo basado en un material piezoel¨¦ctrico que lograba captar las vibraciones del ambiente, transformarlas en energ¨ªa el¨¦ctrica y almacenarlas como bater¨ªa para alimentar dispositivos de poca potencia. Actualmente, tambi¨¦n trabaja en otro proyecto europeo, EnSO, que le ha permitido buscar otras aplicaciones, como en el sector de la movilidad o la distribuci¨®n de redes de agua, gas y electricidad. Para poder comercializar estos servicios orientados a aplicaciones industriales e IoT, Murillo y otros dos fundadores crearon en 2017 la startup Energiot.

• La wifi de casa y el laboratorio dentro de mi cuerpo

Una energ¨ªa residual, cada vez m¨¢s presente en nuestros espacios, son las ondas wifi. Jes¨²s Grajal, profesor en la Escuela T¨¦cnica Superior de Ingenieros de Telecomunicaci¨®n de la UPM, trabaja con un equipo en el desarrollo de aparatos que saquen rendimiento a esta energ¨ªa:

¡°B¨¢sicamente, de lo que trata este dispositivo es de utilizar la energ¨ªa que es gratis, que est¨¢ en el ambiente, que puede provenir de una wifi, puede provenir de bluetooth... Entonces lo que hacemos es utilizar una antena, encargada de captar esas ondas, que se transmiten a un circuito, capaz de convertirlas en energ¨ªa continua para que funcione en cualquier dispositivo electr¨®nico. En cualquier caso, la energ¨ªa que se recoge es baja, y por eso, este tipo de sistemas tienen que almacenarla o bien, utilizarse para dispositivos que consuman muy poca energ¨ªa: como el IoT o dispositivos m¨¦dicos.¡±

De hecho, la biomedicina es donde confluyen tres de las investigaciones relacionadas con esta materia, y parece que el futuro m¨¢s prometedor de estas aplicaciones podr¨ªa encontrarse dentro de nuestro cuerpo:

"Pueden estar por ejemplo, pegados a la piel, pero tambi¨¦n pueden ser dispositivos que se absorban, que se inyecten, que se ingieran, y entonces ese 'laboratorio' podr¨ªa hacer medidas dentro del cuerpo, no necesitar¨ªa ninguna pila porque podr¨ªa recibir la energ¨ªa del exterior, en este caso la wifi, pero podr¨ªa ser cualquier tipo de energ¨ªa capaz de captar este sensor. Realizar las medidas y sacarlo al exterior sin la necesidad de que hubiera una pila dentro, que podr¨ªa ser un problema en caso de que hubiera una fuga."

Si Grajal prev¨¦ peque?os laboratorios dentro de nuestro cuerpo para diagnosticar enfermedades, Murillo imagina una medicina inteligente que pueda tratarlas. Este trabajo, en fase de investigaci¨®n con el CSiC, pretende utilizar la energ¨ªa que desprenden nuestras c¨¦lulas al moverse. El objetivo es crear microdispositivos inyectables al que llaman "polvo inteligente" (Smart dust) para estimular grupos de c¨¦lulas electroactivas. Las primeras enfermedades que podr¨ªan verse beneficiadas en este desarrollo ser¨ªa aquellas como la epilepsia, el Parkinson, y en general las relacionadas con trastornos neuronales y nerviosos, ya que act¨²an mediante impulsos el¨¦ctricos. La base en la que se asientan estos materiales es la nanotecnolog¨ªa y las propiedades piezoel¨¦ctricas, pero de una forma no invasiva para el cuerpo. "Ser¨ªa parecido a un marcapasos o a un estimulador el¨¦ctrico para tratar el Parkinson" comenta Murillo, "pero sin necesidad de bater¨ªas ni operaciones complejas".

Gustau Catal¨¢n, Profesor de investigaci¨®n ICREA y jefe de investigaci¨®n del grupo de Nanoelectr¨®nica de ?xidos en el Instituto Catal¨¢n de Nanociencia y Nanotecnolog¨ªa, lleva 15 a?os estudiando el campo de la flexoelectricidad, propiedad que tambi¨¦n convierte una deformaci¨®n mec¨¢nica en electricidad (y viceversa) pudiendo servir para aceler¨®metros y sensores de presi¨®n, tales como los dispositivos que activan los airbags o en ecograf¨ªas.

Es tambi¨¦n en biomedicina donde Catal¨¢n le ve mayor futuro, porque como expresa: ¡°es esencial que los materiales usados sean biocompatibles y no t¨®xicos, cosa que no sucede con muchos de los materiales piezoel¨¦ctricos. Estos ir¨ªan desde la realizaci¨®n de pr¨®tesis flexoel¨¦ctricas que generen microvoltajes para promover la calcificaci¨®n del hueso, hasta la recaptaci¨®n de energ¨ªa mec¨¢nica que genera nuestro cuerpo para alimentar dispositivos electr¨®nicos implantados, como los marcapasos. Eso ahorrar¨ªa tener que cambiar la pila del marcapasos cada ciertos a?os.¡±

Otro campo interesante podr¨ªa encontrarse en los aud¨ªfonos de nueva generaci¨®n: ¡°Sospecho que se puede ir m¨¢s all¨¢ de los aud¨ªfonos actuales. Si en vez de hacer un amplificador para un o¨ªdo medio sordo, hacemos directamente un ¡°o¨ªdo electr¨®nico¡± que convierta el sonido en una se?al el¨¦ctrica conectada al cerebro, la flexoelectricidad sirve. De hecho, as¨ª es como ya funcionan los estereocilios de manera natural¡±. Aclara Catal¨¢n, y a?ade que en el Institut Catal¨¤ de Nanoci¨¨ncia i Nanotecnologia ya hay un grupo de investigaci¨®n especializado en establecer conexiones electr¨®nico-neuronales. ¡°Creo que el grupo del profesor Jos¨¦ Antonio Garrido en el ICN2 es capaz de conectar electr¨®nicamente ojos a cerebros¡±.

• El problema esta? en el taman?o

Por el momento, los tres investigadores coinciden en la dificultad de aprovechar estas energi?as a una escala mayor: " Aqui? lo que hay que tener en cuenta es si el coste del dispositivo compensa el beneficio que esta?s obteniendo," comenta Murillo. Normalmente se aplica a lugares donde el acceso es costoso o difi?cil y alimentan dispositivos electro?nicos de funcionalidad limitada, por lo que a¨²n no podremos utilizarla, por ejemplo, cargar un tele?fono mo?vil. "Para ello necesitari?amos un generador muy grande, y entonces careceri?a de sentido" aclaraba el investigador del Instituto de Microelectr¨®nica de Barcelona.

Catala?n an?ade que toda energi?a que se pueda recuperar sera? u?til pero ¡°no tanto para alimentar el motor o las luces de la autopista, sino m¨¢s bien sensores auto?nomos en parkings o autopistas de peaje sin necesidad de instalar cables ele?ctricos kilome?tricos¡±.

En definitiva, parece que el mayor beneficio a corto plazo de estos proyectos es el mantenimiento de los millones de sensores IoT que poblara?n nuestras vidas. No solo por el ahorro econo?mico sino tambie?n medioambiental, evitando millones de pilas en esos dispositivos. O en la industria del retail, que como explicaba Jesu?s Grajal, se esta?n invirtiendo millones en esta tecnologi?a para la localizacio?n de paqueteri?a y evitar pe?rdidas. Para las soluciones biome?dicas au?n tendremos que esperar un poco ma?s, los investigadores prev¨¦n al menos 10 o 15 an?os hasta que podamos verlas comercializarse como complemento a la medicina tradicional, aunque las primeras bases ya est¨¢n creadas.