Ingenieros de la Universidad de Houston han dado los primeros pasos para crear materiales piezoeléctricos de forma artificial. De esta manera se podrá generar electricidad portátil o fabricar prótesis muy parecidas al órgano vivo que sustituyen.
La tecnología propuesta por estos ingenieros de Houston se basa en la piezoelectricidad. La piezoelectricidad es la habilidad de algunos materiales de generar una carga eléctrica cuando son sometidos a presión.
Si un material piezoeléctrico es expuesto a una tensión eléctrica, experimentará una deformación mecánica. Estos dos fenómenos se estimulan mutuamente. Es decir, que si se golpea o deforma un material con cualidades piezoeléctricas, esa deformación provocará un voltaje que a su vez deformará el material, generando nuevamente una tensión eléctrica, y así sucesivamente.
Pradeep Sharma, que es profesor de ingeniería mecánica en la citada universidad, lidera un grupo de investigadores que tiene previsto crear materiales piezoeléctricos artificialmente a partir de otros que no lo son. Los resultados de esta investigación ha sido publicados en el Journal of the Mechanics and Physics of Solids. ”
Las propiedades de esta tecnología pionera son desconocidas para la mayoría. Sin embargo interviene en muchos procesos cotidianos, desde la vibración de nuestro móvil, pasando por el despliegue del airbag de nuestro coche o cuando encendemos un mechero. Si estos ingenieros son capaces de crear materiales que tengan esta propiedad de forma artificial, sus aplicaciones podrían ser mucho más numerosas.
En la vida diaria
Aunque, como hemos visto, la piezoelectricidad se genera de forma natural, tiene sus limitaciones. Si la aplicación para la que se usa requiere un nivel de conversión de la energía que no se encuentra en la naturaleza, es necesario crear un compuesto consistente en materiales no piezoeléctricos y otros que sí que lo son. Eso es, justamente, lo que está llevando a cabo este equipo de la Universidad de Houston: crear materiales piezoeléctricos a partir de otros que no tienen esa propiedad.
“Si presionamos sobre un material piezoelectrónico y le aplicamos fuerza mecánica, producirá un voltaje”, comenta Sharma en un comunicado de la citada universidad. “O, si aplicamos un voltaje o una fuerza eléctrica sobre él, ese material se doblará o cambiará de forma”.
Este es básicamente el concepto en el que se basa esta tecnología. Según sus creadores, dicho concepto puede tener muchas aplicaciones. Por ejemplo, una tira de un material manipulado de esta manera y situado en la bota de un soldado puede producir electricidad y proporcionar energía a algunos de los muchos dispositivos que los soldados llevan consigo en la actualidad.
El simple acto de caminar, produce fuerza o deformación en la tira, lo que genera, a su vez, electricidad con cada paso que el soldado dé.
Prótesis casi vivas
Otra de las aplicaciones prácticas de estos materiales piezoeléctricos sintéticos es la creación de prótesis humanas más flexibles y resistentes, acercándose a las propiedades de un órgano real.
Los actuales órganos protésicos tienen limitaciones. En la cerámica y los polímeros usados para su fabricación ocurre piezoelectricidad de forma natural. Pero no es suficiente.
“La cerámica piezoeléctrica es muy dura y quebradiza, por lo que no permita hacer muchos movimientos”, comenta Sharma. “La cerámica toma mucha energía eléctrica a partir de mucho movimiento. Los polímeros, por su parte, son mejores para grades fuerzas de movimiento, pero, a cambio, no son muy resistentes. El resultado es que (con las prótesis actuales) es posible estirar el miembro adecuadamente pero, muchas personas que llevan estas prótesis son incapaces de, por ejemplo, coger un huevo.”
La naturaleza, asegura el equipo de investigación, nos ha dado muchos elementos. Lo que quieren hacer con ellos es diseñar materiales desde cero y así combinar las mejores cualidades de la cerámica con la de los polímeros, en el caso de las prótesis.
Sharma ha empleado dos años en refinar estas ideas teóricas. Ahora tendrá la oportunidad de llevarlas a un plano más práctico gracias una ayuda de 1,22 millones de dólares concedidos por la National Science Foundation de los Estados Unidos.
“Las aplicaciones reales de esta tecnología provienen del hecho de que no vamos a tener que depender de materiales que tengan esta propiedad de la piezoelectricidad de forma natural. Podemos crear materiales (artificialmente) usando ciertos efectos a nanoescala, lo que les proporciona mayor conversión de energía”, concluye Sharma.