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Habrá un momento en el futuro en el que podamos cambiar las baterías (pilas) y sus más que odiosos empaques por una amable y bonita montaña de papel. El costo bajo de fabricación y el beneficio ambiental alto suenan muy interesantes. Todo gracias a un equipo de ingenieros de la Universidad de Binghamton, en Nueva York.
Los ingenieros han creado una batería alimentada por bacterias, con una sola hoja de papel que puede producir energía para elementos electrónicos desechables que son usados para diagnósticos rápidos y puntuales. La técnica de fabricación reduce tiempo y costos y el diseño puede revolucionar el uso de bio-baterías como una fuente de energía en regiones con recursos limitados o en aquellas donde los conflictos vuelven difícil el acceso.
“Los papeles electrónicos (papertronics), han surgido hace poco como una forma simple y de bajo costo para alimentar sensores descartables empleados en diagnósticos,”, dice Seokheun Choi, profesor asistente del departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computación y director del laboratorio de Bioelectrónica y Microsistemas en la Universidad de Binghamton.
“Los aparatitos, necesarios en puntos de diagnósticos, que sean auto sostenibles, que no requieran mantenimiento, en una hoja de papel, son esenciales para ofrecer tratamientos efectivos y salvadores de vidas en zonas de bajos recursos”, dice Choi.
En una de las mitades de una hoja de papel de cromatografía (material usado en el laboratorio para otros propósitos), Choi y su estudiante de doctorado Yang Gao, colocaron una cinta impregnada con nitrato de plata, debajo de una capa delgada de cera para que sirviera como cátodo. Luego en el otro extremo del papel colocaron un polímero a manera de ánodo. Doblado de forma adecuada y con unas pocas gotas de cultivo de bacterias, se logró que la respiración de los microbios producida se almacenara en forma de energía en el papel. Suena simple y fácil pero no lo es tanto.
“El aparato necesita capas para poder colocar componentes como el ánodo, el cátodo y una membrana que intercambia protones”, dice Choi. “La batería terminada necesita ensamblaje manual, con lo que existen problemas potenciales como falta de alineación al momento de doblar las capas de papel o discontinuidad vertical entre las capas, lo que al final disminuirá la generación de energía”.
Métodos diferentes de doblar y apilar las hojas pueden mejorar de forma significativa la energía y los resultados finales. Los científicos fueron capaces de generar 31.51 microvatios con seis baterías en tres series paralelas.
Se necesitarían millones de baterías de papel para alumbrar un bombillo de 40 vatios pero en un campo de batalla o en una zona de desastre o en una situación de emergencia, el posible uso y la facilidad de transporte es algo maravilloso. Además, sí que es posible generar energía suficiente para mover biosensores que monitoreen los niveles de glucosa en pacientes con diabetes o que detecten patógenos en el cuerpo o que realicen otras funciones que podrían salvar vidas.
“Entre las muchas baterías que se montan usando papeles flexibles, esta descrita por nosotros y que usa la energía liberada por las bacterias es de lejos la menos desarrollada”, dice Choi. “Estamos muy excitados porque los microorganismos se pueden apropiar de cualquier tipo de materia degradable, como agua sucia que está disponible por todas partes, y transformarla en energía eléctrica. Creo que este tipo de bio-batería de papel puede ser una fuente de energía enorme para futuros desarrollos”.
Esta innovación es el último paso en el trabajo que viene desarrollando Choi con las baterías de papel. Su equipo produjo su primer prototipo en 2015 y fue una batería que se podía doblar, muy parecida a un empaque de fósforos. Al inicio de ese año mostraron un diseño que estaba inspirado en las estrellas que lanzan los guerreros ninja.
La estrella ninja medía un poco más de 6 centímetros y tenía más potencia y voltaje, con ocho pequeñas baterías conectadas en series. En su momento Choi informó: “Esta vez hemos aumentado su poder hasta llegar al microvatio. Podemos iluminar una LED por 20 minutos o darle energía a otro tipo de biosensores”. Después de que una gota de agua sucia se pone en el centro de la estrella, se puede abrir para permitir que las ocho baterías entren a funcionar.
Los bio-sensores de papel incluyen los que se usan en pruebas de embarazo o de la presencia del virus del sida. La sensibilidad de estas pruebas es limitada y el uso de una batería de papel como la diseñada por Choi y su equipo podría permitir el uso de bio-sensores fluorescentes o electroquímicos en los países pobres. “Las baterías disponibles comercialmente producen muchos desechos y además son muy caras para ser usadas en zonas difíciles. Me gustaría desarrollar bio-baterías que se puedan fabricar al instante, descartables y que fueran accesibles para uso inmediato en las regiones con recursos limitados”.