Los humanos somos complejos máquinas, con partes móviles que se doblan, aplastan, estiran, fluyen, tiemblan y golpean. Los científicos ahora se están conectando a estas fuentes de energía para resolver un problema común que afecta a los sensores, dispositivos portátiles y dispositivos médicos implantados: la temida batería descargada.
Los dispositivos que son autoalimentados por diseño podrían ser la solución, y los investigadores han descubierto que el propio cuerpo humano puede ser una fuente de energía útil, justo a tiempo para impulsar el mercado explosivo de dispositivos portátiles. Los "electrocéuticos" están comenzando a desafiar a los productos farmacéuticos en la medicina, por lo que más personas dependerán de dispositivos como electroestimuladores y marcapasos implantados para mantenerse saludables.
Las "biobaterías" y la recolección de energía podrían hacer que estos dispositivos sean autónomos energéticamente, eliminando la necesidad de una cirugía invasiva para reemplazar las baterías agotadas. Como beneficio adicional, este mundo inalámbrico evitaría que los cables de carga implantados se desprendan o se infecten, problemas que son muy comunes hoy en día.
Los científicos han estado trabajando en dispositivos alimentados por el cuerpo desde principios de la década de 2000; hasta ahora, la tecnología ha consumido demasiada energía para las diminutas cantidades de electricidad que se pueden obtener de los humanos. Pero después de dos décadas de avances, los dispositivos actuales consumen cantidades ultrabajas de energía, lo que abre la puerta a una miríada de ideas y prototipos que extraen energía de las personas.
Tus células son básicamente baterías, bioquímicas que convierten el combustible azucarado en energía. La startup alemana CELTRO está aprovechando esta fuente de energía viva mediante la utilización de conjuntos de microagujas para recolectar pequeñas cantidades de energía de cientos de miles de células. El primer producto de CELTRO será un diminuto marcapasos autónomo. “Una contracción muscular, como la del corazón, comienza en un punto y luego se propaga a través de todo el músculo del corazón”, dice el director ejecutivo y cofundador Gerd Teepe. “Nuestra idea era recolectar energía en múltiples puntos para usar este efecto de avalancha”. Además de recolectar energía, las microagujas multifuncionales se conectarán al tejido cardíaco para monitorear el corazón y brindar un impulso eléctrico de ayuda para restaurar el ritmo, si es necesario. En 2021, CELTRO recaudó fondos iniciales para estudios de prueba de concepto en laboratorio.
La startup francesa BeFC está construyendo biobaterías con credenciales ecológicas. Su celda de combustible utiliza capas de carbono, celulosa y glucosa, además de una pizca de enzimas patentadas. Agregar una gota de líquido, digamos, sangre u orina, desencadena una reacción que genera electricidad. Los parches de papel podrían impulsar dispositivos de diagnóstico de un solo uso y sensores de monitoreo continuo, como kits de monitoreo de glucosa para personas con diabetes. Después de su uso, las celdas pueden incluso convertirse en abono, a diferencia de otras baterías en miniatura que eventualmente se desechan o incineran. BeFC actualmente está recaudando fondos de la Serie A y espera llegar al mercado en 2024 con sus primeros productos.
CAIRDAC, con sede en París, está diseñando un marcapasos que funciona con el corazón mismo. Su marcapasos sin cables está empaquetado en una cápsula que contiene un recolector de energía piezoeléctrica, un péndulo que se balancea a través de los latidos del corazón, el flujo sanguíneo y las vibraciones. Las oscilaciones se convierten en electricidad y se almacenan hasta que el dispositivo detecta que el corazón necesita una sacudida para restablecer el ritmo. La startup recaudó recientemente 17 millones de euros (alrededor de 18,3 millones de dólares) en financiación de la Serie A para continuar con las pruebas preclínicas y avanzar hacia los ensayos en humanos.
Los paneles solares se están convirtiendo en algo común en los hogares, y pronto podrían estar iluminando también la tecnología médica. Investigadores de la Universidad de Monash en Melbourne, Australia, descubrieron que un panel solar colocado debajo de la piel aún produce hasta un 10 por ciento de la electricidad que uno bajo la luz solar directa, suficiente para alimentar un sensor de consumo ultrabajo. Un par de horas bajo el sol pueden hacer funcionar un sensor de temperatura implantable durante 24 horas, y los investigadores dicen que el mejor lugar para colocarlo es entre el cuello y el hombro.
Las miniturbinas podrían aprovechar el flujo sanguíneo y convertirlo en electricidad, según investigadores de la Universidad de Berna en Suiza. Han diseñado una turbina con forma de torpedo que podría implantarse en un vaso sanguíneo del corazón, generando electricidad a partir del flujo sanguíneo, de forma muy parecida a una central hidroeléctrica. Un gran desafío, aún sin resolver, es cómo evitar la formación de coágulos de sangre en las palas de la turbina, pero en simulaciones de laboratorio, la turbina generó suficiente energía para alimentar marcapasos sin cables disponibles en el mercado.
La startup italiana PiezoSkin dice que ha desarrollado un parche cutáneo piezoeléctrico ultrafino que puede medir simultáneamente los movimientos y extraer energía de ellos. En un estudio, usó el parche para monitorear los movimientos del cuello en personas con disfagia o dificultad para tragar, pero la película biocompatible de la empresa también podría obtener energía de otros movimientos y vibraciones del cuerpo para sensores y dispositivos portátiles.
Los humanos irradian alrededor de 100 vatios por día de energía térmica y, según la startup suiza Mithras, aprovechar este calor podría alimentar biosensores portátiles e incluso dispositivos implantados. Sus generadores termoeléctricos, conocidos como TEG, crean electricidad aprovechando la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el medio ambiente. Mithras estima que con una diferencia de 5 grados centígrados, un parche cutáneo de TEG de 12 centímetros cuadrados podría alimentar completamente un implante coclear.
Este artículo se publicó originalmente en la edición de enero/febrero de 2023 de la revista Mundo Informático UK.
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