En un desarrollo innovador, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han presentado un sensor revolucionario sin batería, autoalimentado y capaz de cosechar energía de su entorno. Esta innovación elimina la necesidad de recargar o reemplazar baterías, posicionándose como un candidato ideal para lugares de difícil acceso, como el interior de un motor de barco, donde puede recopilar datos sobre el consumo y las operaciones de energía de la máquina de manera autónoma y prolongada.

El secreto detrás del éxito: Cosecha de energía del campo magnético

El corazón de esta maravilla tecnológica radica en su capacidad para aprovechar la energía del campo magnético generado en el aire alrededor de un cable. Esencialmente, el sensor se puede conectar fácilmente a un cable que transporta electricidad, como el que alimenta un motor, y cosechará eficientemente la energía para monitorear la temperatura del motor.

El profesor Steve Leeb resaltó la importancia de este avance, afirmando: «Esta es energía ambiental, energía que no tengo que conectar específicamente para obtener. Y eso hace que este sensor sea muy fácil de instalar.»

Una guía completa para sensores de cosecha de energía

La investigación del MIT en este dominio ha culminado en un artículo destacado en la edición de enero del IEEE Sensors Journal. En este documento, el equipo ofrece una guía de diseño integral para sensores de cosecha de energía, permitiendo a los ingenieros equilibrar la energía ambiental disponible con sus requisitos específicos de detección.

El marco delineado en el documento es increíblemente versátil y no se limita a sensores que aprovechan únicamente la energía del campo magnético; se puede extender a sensores que utilizan diversas fuentes de energía, como vibraciones o luz solar. Esta flexibilidad abre las puertas a la creación de redes de sensores rentables para aplicaciones en fábricas, almacenes y espacios comerciales, facilitando la instalación y el mantenimiento.

Desafíos superados: El camino hacia la autonomía energética

Para lograr esta hazaña innovadora, los investigadores del MIT tuvieron que superar tres desafíos significativos:

En primer lugar, el sistema del sensor necesitaba arrancar en frío, es decir, iniciar sus componentes electrónicos sin voltaje inicial. Esto se logró mediante una red de circuitos integrados y transistores que permiten al sistema almacenar energía hasta que alcanza un umbral específico, asegurando que se encienda solo cuando ha acumulado suficiente energía para funcionar completamente.

En segundo lugar, el sistema debía almacenar y convertir eficientemente la energía cosechada sin depender de una batería. Una batería habría agregado complejidades y planteado posibles riesgos de incendio. En su lugar, los investigadores incorporaron almacenamiento interno de energía utilizando condensadores.

Los supercondensadores, más simples que las baterías, almacenan energía en el campo eléctrico entre placas conductoras. Los condensadores se diseñaron cuidadosamente para ser lo suficientemente grandes para almacenar la energía necesaria para el arranque, pero lo suficientemente pequeños para garantizar una fase de carga rápida. También se diseñaron para retener suficiente energía, incluso si algo se filtraba con el tiempo.

Por último, los investigadores desarrollaron una serie de algoritmos de control para medir y presupuestar dinámicamente la energía recopilada, almacenada, y utilizada por el sensor. Un microcontrolador, sirviendo como el «cerebro» de la interfaz de gestión de energía, monitorea constantemente los niveles de energía y decide cuándo encender o apagar el sensor, tomar mediciones, o ajustar la salida del recolector para maximizar la cosecha de energía.

Utilizando este innovador marco de diseño, el equipo construyó un circuito de gestión de energía para un sensor de temperatura común. Este dispositivo aprovecha la energía del campo magnético y muestrea continuamente datos de temperatura, que luego transmite a una interfaz de smartphone a través de Bluetooth.

Los investigadores emplearon circuitos de super bajo consumo para diseñar el dispositivo, pero se encontraron con restricciones de voltaje que podrían llevar a una falla del circuito si se cosechaba demasiada energía. Para mitigar este riesgo, el sistema operativo del recolector de energía ajusta automáticamente o reduce la cosecha cuando se detecta un exceso de energía.

Reflexiones finales: Un vistazo al futuro de la energía ambiente

En medio de estos avances fascinantes, es emocionante imaginar el impacto potencial en diversas áreas, desde el monitoreo de sistemas en barcos hasta aplicaciones industriales en fábricas. El concepto de sensores autónomos alimentados por la energía del entorno abre nuevas posibilidades para la eficiencia y la sostenibilidad.

A medida que ingenieros y científicos continúan explorando esta tecnología, podemos anticipar soluciones aún más innovadoras que capitalizan la energía ambiente para impulsar el progreso en campos innumerables. Este es solo el comienzo de una revolución que podría cambiar la forma en que percibimos y utilizamos la energía en nuestra vida cotidiana.