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La nanotecnología podría darnos juguetes electrónicos sin pilas en un futuro muy cercano

Última Actualización en: abril 29, 2018

Dado su enorme potencial, más de 60 grupos de investigación en nanotecnología de todo el mundo (véase: “Las normas propuestas para los nanogeneradores triboeléctricos podrían facilitar las comparaciones”) han comenzado a desarrollar nanogeneradores triboeléctricos (TENG) para cosechar energía a partir de vibraciones mecánicas. Los TENGs convierten la energía mecánica ambiental en electricidad para alimentar los componentes electrónicos, redes de sensores, dispositivos médicos implantables y otros sistemas pequeños.

Los TENGs utilizan cargas que surgen de la fricción similar a la estática que experimentamos en días secos de invierno; y al nanoestructurar los materiales en un dispositivo TENG, la energía producida podría ser amplificada aumentando el área de contacto de las superficies.
En un paso hacia la comercialización de los dispositivos TENG, los investigadores en Corea han presentado un enfoque novedoso que utiliza la tecnología TENG para desarrollar juguetes electrónicos sin pilas y autoalimentados.

 

“Nuestros juguetes TENG propuestos – un juguete inteligente para aplaudir (SCT-TENG) y un juguete inteligente para patos (SDT-TENG) – son respetuosos con el medio ambiente y seguros para los niños”, dijo a Nanowerk Arunkumar Chandrasekhar, Becario Postdoctoral en el Laboratorio de Nanomateriales y Sistemas del Prof. Sang-Jae Kim en la Universidad Nacional de Jeju, Corea del Sur. “Trabajan en modo de separación por contacto, utilizando triboelectrificación e inducción electrostática para aprovechar la energía biomecánica Estos dispositivos muestran un excelente rendimiento biomecánico en la cosecha de energía con estabilidad a largo plazo”.

 

Chandrasekhar es el primer autor de un artículo en ACS Sustainable Chemistry & Engineering (“Battery-free Electronic Smart Toys: Un Paso hacia la Comercialización de Nanogeneradores Triboeléctricos Sustentables”) donde el equipo demuestra que los dispositivos TENG pueden ser usados exitosamente para crear juguetes inteligentes autoamplificados.

“Nuestro trabajo abre posibilidades para la comercialización de TENGs en el mercado de consumo mediante el desarrollo de juguetes sin pilas TENG”, señala Chandrasekhar.

El equipo desarrolló un juguete inteligente para aplaudir (arriba) y un juguete inteligente para patos (abajo) usando materiales biocompatibles. Emplearon un circuito simple incorporado con diodos emisores de luz que son alimentados con energía biomecánica. (Reimpreso con permiso de la American Chemical Society)

Para fabricar el juguete de aplausos, los investigadores cortaron un pequeño pedazo de película de PDMS para ajustarlo al juguete de aplausos, y lo respaldaron con un electrodo de aluminio, que actúa como material triboeléctrico negativo. Otra capa de electrodo de aluminio, que actúa como material triboeléctrico positivo, se aplicó en la parte superior de la película de PDMS. Se utilizaron hilos finos de cobre para crear una conexión eléctrica.

Para fabricar el juguete de pato, el equipo adaptó la película de PDMS modificada para adaptarse al juguete. Se colocó una capa de electrodo de aluminio en la parte inferior de la película, con la superficie modificada hacia arriba. Otra capa de electrodo de aluminio fue adherida a la parte superior de la película. Las conexiones eléctricas se realizaron con un fino cable de cobre.

La salida eléctrica de cada juguete se conectó a un puente rectificador para obtener una señal de corriente continua. A continuación, esta salida se conectó a un circuito LED. Ambos dispositivos funcionan según el mismo principio con diferentes métodos de activación mecánica (agitación y prensado).

Diagramas del mecanismo SCT-TENG durante los movimientos de contacto y separación. a) Posición inicial de la película de PDMS con los electrodos de Al inferior y superior en contacto. (b) Separación del electrodo superior y flujo de electrones hacia el electrodo inferior. (c) Estado de equilibrio. (d) Electrones que fluyen hacia el electrodo superior a medida que el electrodo superior se acerca al inferior. (Reimpreso con permiso de la American Chemical Society)

Los investigadores han solicitado una patente para estos juguetes inteligentes y ahora están buscando compañías para comercializarlos como productos de consumo. Señalan que, aparte del sector del juguete, TENGS podría encontrar aplicaciones generalizadas en biosensores desechables y dispositivos electrónicos portátiles o portátiles.

 

“A continuación, estamos planeando ampliar este enfoque para desarrollar aparatos electrónicos sin baterías, que pueden ser útiles para nuestra vida diaria”, dice Chandrasekhar.

 

Menciona que ha habido varios obstáculos que el equipo ha tenido que superar para que estos juguetes sean seguros para los niños:

Realizamos un estudio detallado de la literatura para encontrar un material polimérico biocompatible con propiedades triboeléctricas dinámicas, y debería ser reutilizable incluso si el dispositivo cae en el agua o los niños lo llevan en la boca. Nos decidimos por el polímero PDMS como capa activa. Este fue el primer obstáculo al que nos enfrentamos durante la fase inicial de este proyecto.

Empaquetar los aparatos electrónicos de bajo consumo completamente dentro de los juguetes inteligentes desempeñó un papel importante, ya que no debería ser visible para los niños. Fabricamos todos los componentes electrónicos dentro del cuerpo del pato y la parte inferior del juguete. Esto ayudó a asegurar los componentes electrónicos.

Finalmente, para verificar la salida eléctrica de los dispositivos, experimentamos con una prueba de larga duración y encontramos que pueden trabajar en diferentes condiciones ambientales por un período prolongado”.

 

“Nuestro enfoque transforma un juguete tradicional en un juguete inteligente interactivo sin pilas, y también crea una oportunidad para comercializar aparatos inteligentes basados en TENG”, concluye Chandrasekhar.

 

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Riley Williamson

Riley Williamson es un interno de noticias en Nanova. Estudió psicología y Español en la Universidad Victoria de Wellington en Australia antes de trasladarse a España para completar una maestría y un doctorado en neurociencia en la Universidad de Madrid. Al darse cuenta de que era mejor escribiendo sobre ciencia que haciendo investigación, Riley trabajó durante un tiempo como oficial de prensa antes de pasar al periodismo científico. Su trabajo ha aparecido en varias revistas cientificas online.

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