Lecciones de la naturaleza para domar el hielo y recolectar energía

La naturaleza y algunos comportamientos sociales aportan soluciones que la ciencia tarda en interpretar e imitar. La flor de loto es una obra de ingeniería natural que ha creado una superficie única que repele el agua donde vive y los animales carroñeros son los grandes recicladores del entorno, como lo son también los rebuscadores, las personas que recogen lo que ha sido desechado o abandonado. Ambos ejemplos han inspirado dos proyectos europeos, liderados por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Sevilla, que han desarrollado materiales hidrófóbicos (que repelen el agua) para prevenir el engelamiento (formación de hielo sobre una superficie al entrar en contacto con gotas de agua atmosférica), un sistema para eliminar el que se forme y dispositivos capaces de aprovechar la energía residual generada en la vida cotidiana por los cambios de temperatura, el movimiento o una luz encendida.

La primera de las investigaciones, Sound of Ice o Sonido del Hielo, es un proyecto científico que ha desarrollado un sistema de descongelamiento inteligente, energéticamente eficiente, seguro para el medio ambiente y operado de forma autónoma a partir de transductores acústicos, dispositivos que transforman el efecto de una causa física en otro tipo de señal.

El primer paso para crear este sistema fue crear una superficie que redujera el engelamiento, un proceso natural que puede arruinar la eficacia de los drones, de las palas de los aerogeneradores y, a mayor escala, afectar al comportamiento aerodinámico de los aviones. “Una de las de las estrategias que se utilizan para generar superficies pasivas ante el hielo, hidrofóbicas, es copiar lo que la naturaleza ha optimizado durante tantos años”, explica Ana Borrás, científica del CSIC que forma parte de ambos proyectos. “La superficie de la flor de loto”, añade, “es una de las referencias. Tiene una rugosidad en varias escalas, protuberancias visibles al microscopio que generan espacios donde queda aire. Las superficies que nosotros hemos desarrollado no son solo muy difíciles de mojar, sino que también permiten que las gotas de agua se muevan libremente”.

A partir de esa “superficie pasiva” que reduce y retrasa la formación de hielo, el segundo paso ha sido, según explica Borrás, “integrar un dispositivo que permite detectar el que se genere y aplicar energía mediante ondas acústicas”.

Ángel Barranco, investigador del CSIC y líder del grupo de nanotecnología en el que participa la Universidad de Sevilla, destaca la importancia de la inspiración en la flor de loto: “La estructura de varios niveles se puede fabricar en laboratorio, pero a esa idea no se hubiera llegado tan directamente si no se hubiera visto previamente que en la naturaleza funciona así”.

Para Borrás, la reproducción a gran escala de las características de la superficie desarrollada en laboratorio es ya posible. El dispositivo inteligente asociado se ha probado ya en pequeñas dimensiones (en formatos de 15 por 15 centímetros), pero creen que será posible escalarlo. Ya es aplicable para evitar que el hielo afecte a lentes de drones de vigilancia, pero el objetivo es evitar este proceso natural en antenas, palas de aerogeneradores y alas de avión, por ejemplo.

Rebuscadores de energía

El segundo de los proyectos, 3Dscavengers, toma su nombre de un término en inglés que se refiere a la labor de los animales carroñeros y a la actividad de los recolectores o, en leguaje agrario, de los rebuscadores: la recogida del fruto que queda en los campos después de alzada la cosecha. En este sentido, la investigación desarrolla dispositivos capaces de captar la energía que se disipa en acciones cotidianas, como encender una luz o el movimiento aleatorio de las personas. “La idea”, explica Borrás, “es aprovechar la microenergía ambiental, la que tienes a tu alrededor en forma de calor o de vibraciones o incluso la procedente de la iluminación que tienes en una habitación”.

De esa idea surge el desarrollo de dispositivos fundamentados en la nanotecnología que permitan convertir la luz, los cambios de temperatura y las vibraciones o deformaciones mecánicas, que no son continuas, constantes y homogéneas, en una fuente de energía aprovechable y acumulable.

Ángel Barranco explica que podrían ser la fuente de alimentación de sensores en edificios o explotaciones agrícolas que capten la energía disponible en el entorno. “Hay muchas iniciativas de este tipo y se pueden combinar fuentes como la térmica, muy común en un proceso de rozamiento, e incluso la procedente de la radiación electromagnética. Si se mide el campo eléctrico que hay en una calle con las señales de wifi es una fuente de energía que aprovecha el móvil para mandar señales, pero la mayor parte de ella se están proyectando en áreas grandes y acaba disipándose”, comenta.

Y añade: “Del cuerpo humano, de la temperatura, de los movimientos y las vibraciones se puede extraer energía. El ultrasonido que se usa para diagnosis médica puede servir también para introducir energía dentro de un dispositivo que esté dentro del cuerpo. Los más conocidos son para regular el corazón, pero pueden activar nervios y hacer muchas funciones”. También se ha probado con las corrientes de aire de ventiladores.

La idea, según explica Barroso, es que se pueda utilizar toda la energía generada o que puedan alimentar dispositivos. “Una pequeña celda solar en tu hombro”, añade Borrás, “a lo largo del día, puede acumular energía suficiente como para recargar el móvil. En una línea de fabricación, el 30% de la energía que se inyecta se consume en vibraciones”.

Además, según precisa Barroso, “no hay ninguna limitación a la mejora en el consumo de energía de dispositivos. En el futuro van a precisar mucha menos y es posible que esa energía ambiental sea suficiente para servir de fuente de alimentación”.

Y aporta un ejemplo: “Miles de sensores en un puente aportan información local de cada punto y detectan con precisión dónde surge un problema sin depender de un único sensor cableado y conectado a internet”

El proyecto pretende incluso aprovechar el movimiento del agua al caer por los desagües pluviales o convertir el impacto de gotas de lluvia en corriente eléctrica, que tendría aplicaciones en superficies como las ventanas o las placas solares.

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