Dispositivo alimentado por calor corporal marca el primer paso hacia la electrónica portátil sin batería

La electrónica portátil y usable para el monitoreo fisiológico está ganando preferencia sobre los dispositivos tradicionales con cables en entornos clínicos debido a su conveniencia para el monitoreo continuo o frecuente. Sin embargo, a menudo enfrentan desafíos en el suministro de energía, que requieren baterías grandes o recargas frecuentes, lo que puede no ser práctico para un uso a largo plazo. En un desarrollo novedoso, los investigadores han demostrado que un dispositivo de salud puede ser alimentado completamente por el calor corporal. Este enfoque innovador integra un sensor de oximetría de pulso con un generador de energía termoeléctrico portátil y extensible compuesto de metal líquido, semiconductores y goma impresa en 3D.

El equipo del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Carnegie Mellon (Pittsburgh, PA, EUA) desarrolló un nuevo enfoque para extender la vida útil de la batería de los dispositivos portátiles mediante la conversión del calor corporal en energía eléctrica utilizando generadores termoeléctricos (TEGs). Esta innovación incluye la creación de TEGsense, un dispositivo portátil de monitoreo de la salud que aprovecha el calor corporal para generar electricidad y alimentar un dispositivo de detección fotónica sin necesidad de baterías. Este sistema utiliza TEG de alto rendimiento fabricados a partir de elastómeros impresos en 3D mezclados con compuestos de polímeros epoxi de metal líquido y semiconductores termoeléctricos, lo que garantiza una elasticidad elástica y compatibilidad mecánica con el cuerpo.

Estos generadores termoeléctricos se probaron tanto en modo de recolección de energía (Seebeck) como en modo de calefacción/enfriamiento activo (Peltier) para evaluar su eficiencia en diferentes actividades físicas como sentarse, caminar y correr. Durante las pruebas, cuando se llevaban en el antebrazo y se realizaba una caminata al aire libre, las matrices de TEG lograron alimentar con éxito los circuitos electrónicos para recopilar y transmitir de manera inalámbrica datos de la forma de onda de fotopletismografía (PPG) a una PC externa a través de Bluetooth de baja energía (BLE). La investigación también incluyó la prueba de la salida de voltaje de estos dispositivos en el pecho y la muñeca de los participantes que estaban en reposo y en movimiento. Los resultados indicaron que el rendimiento del dispositivo mejoró en la muñeca y durante el movimiento, beneficiándose del mayor enfriamiento por flujo de aire en un lado del dispositivo mientras el otro lado era calentado por el cuerpo, maximizando así el diferencial de temperatura necesario para una generación de energía eficiente.

"Este es el primer paso hacia la electrónica portátil sin baterías", dijo Mason Zadan, estudiante de posgrado y primer autor del estudio publicado en Advanced Functional Materials.

Enlaces relacionados:
Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Carnegie Mellon

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