Amado Herrero
Captura señales microondas y las transforma en corriente continua
Podría aplicarse en la alimentación de dispositivos móviles, material médico o sensores medioambientales
Teléfonos móviles totalmente flexibles, integrados en otros objetos -como la ropa que llevamos- y que no necesitan batería para funcionar. Ése es el escenario hacia el que avanzan investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT) y de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y al que nos acercan un poco más con su último trabajo: un dispositivo que convierte la señal de una red WiFi en energía eléctrica para nuestros dispositivos.
"Hemos creado una nueva forma de alimentar los sistemas electrónicos del futuro", afirma el español Tomás Palacios, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática del MIT, director del Centro de Dispositivos de Grafeno y Sistemas 2D del mismo centro y coautor del artículo. "Ahora podemos aprovechar la energía WiFi de una forma que se puede integrar muy fácilmente a lo largo de grandes superficies, aportando una nueva inteligencia a todos los objetos que nos rodean".
El elemento clave que ha permitido este avance, cuyos detalles aparecen publicados en la revista Nature, es la aplicación de un material bidimensional a una antena rectificadora (o rectena); un dispositivo que convierte señales microondas en corriente continua. Los ingenieros han conseguido desarrollar una antena que captura las ondas electromagnéticas, incluidas las que se transmiten en una conexión inalámbrica, en forma de corriente alterna. Al pasar por un rectificador -la pieza que hace posible esa conversión de corriente alterna en continua- la señal se transforma en energía capaz de alimentar dispositivos electrónicos.
En concreto la antena ha llegado a producir unos 40 microvatios de potencia, expuesta a niveles de potencia típicos de las señales WiFi -en torno a 150 microvatios-, una cantidad que según los autores es más que suficiente para iluminar una pantalla de móvil o activar chips de silicio. Aunque de momento son prudentes, sus creadores esperan que la nueva tecnología se pueda materializar en los próximos años.
"Siempre es difícil hacer predicciones sobre el futuro, pero creo que las primeras aplicaciones pueden aparecer en cinco o siete años", explica Palacios. "Probablemente se trate de sensores ambientales, como los que se usan para medir la contaminación, que no se puedan conectar directamente a la red eléctrica". Como reconoce el propio autor, aún es pronto para pensar en ir más allá de activar y mantener sensores. Pero quién sabe si a más largo plazo y con los desarrollos oportunos la utilización de este tipo de antenas podría ir mucho más allá e incluir la alimentación de ordenadores y dispositivos móviles, o la creación de nuevos sensores para todos los elementos del llamado Internet de las Cosas (IoT).
Aplicación en dispositivos médicos
Otro de los caminos que puede abrir la transformación de señales inalámbricas en energía es su aplicación para alimentar el funcionamiento de implantes médicos. Por ejemplo, en 2017 la Administración de Drogas y Alimentos (FDA) de EEUU aprobaba la primera pastilla digital, un medicamento al que se integra un sensor que indica si el paciente está siguiendo o no el tratamiento prescrito. "Lo ideal es no tener que depender del uso de baterías para alimentar este tipo de dispositivos, ya que en caso de haber fugas de litio, se pone en riesgo al paciente", explica Jesús Grajal, investigador de la UPM y coautor del trabajo. "Es mucho mejor poder aprovechar la energía del propio ambiente para alimentar todos esos minilaboratorios en el interior del cuerpo y que puedan comunicar sus datos a ordenadores externos".
Grajal pasó una temporada en el grupo que Palacios dirige en el MIT y allí se empezó a forjar la colaboración. Los autores explican que, hasta ahora, los rectificadores se habían construido en materiales rígidos, como el silicio o arseniuro de galio. Pese a que son relativamente baratos, la falta de flexibilidad de estas materias hace imposible utilizarlos para cubrir grandes superficies, lo que dificultaba la generalización de esta tecnología.
Desafío técnico
Para salvar esta barrera los ingenieros han concebido un rectificador construido en disulfuro de molibdeno (MoS2), uno de los llamados materiales bidimensionales. Esta nueva generación de materiales está formada por una sola capa atómica, que los ingenieros pueden modular en múltiples combinaciones. En el caso del MoS2, con una capa de sólo tres átomos de espesor se ha podido crear uno de los semiconductores más delgados del mundo. "Nuestra gran aportación es la utilización de electrónica flexible en todo el sistema, por lo que se puede adaptar a cualquier superficie", explica Grajal.
En los últimos años ya se habían realizado algunos intentos para obtener rectenas flexibles, pero sólo se había conseguido que funcionasen a bajas frecuencias, con lo que no eran capaces de capturar y convertir las señales en las que se mueven la mayoría de intercambios entre una red WiFi y un dispositivo. El nuevo diseño ha permitido lograr un dispositivo que, además de ser totalmente flexible, puede cubrir la mayoría de las bandas de radiofrecuencia utilizadas por nuestra electrónica diaria, incluyendo WiFi, Bluetooth, señales de móviles y muchos otros, sin interferir con su uso normal. "Las señales que utilizamos representan una parte mínima de toda la potencia transmitida por los routers WiFi, por lo que no influyen en la calidad de la red", explica Palacios.
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