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Tec colabora en proyecto internacional para crear tela que generará energía a partir del movimiento

Los científicos trabajan para crear un material textil que será usado por la Armada de Estados Unidos.
imagen conceptual de una tela inteligente. Se puede ver el detalle de rombos en fondo negro.
"Imaginándonos en que todo lo que portemos sobre nosotros genere energía por el movimiento o la diferencia de temperatura, es prometedor", dice un investigador respecto a la tela. (Foto: Getty Images)

Una tela inteligente con la capacidad de generar energía a través de movimiento y cambios de temperatura que sirve para alimentar sistemas de comunicación y monitoreo de salud es desarrollada por un equipo internacional de investigadores que recibe el apoyo de la Oficina de Investigación Naval Global (ONRG) de los Estados Unidos.

Los científicos anticipan que su tecnología se utilizará en trajes de neopreno para el personal de la Armada de Estados Unidos. Además, con algunas modificaciones, el textil podría adaptarse para aletas de buceo, brasieres con biosensores para aviadoras navales, faldones de aerodeslizadores, botes inflables, drones submarinos no tripulados y revestimientos flexibles para la recolección de energía en robots que operan tanto bajo el agua como en tierra.

Este proyecto de investigación, llamado Dual Envelope Multifunctional Fabric, está a cargo de investigadores del Tec de Monterrey, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y la Universidad Federal de Ceará en Brasil y buscan innovar un material textil, con base en polietileno. El material combina efectos piezoeléctricos y termoeléctricos, es decir, genera cargas eléctricas a través de las deformaciones y las variaciones térmicas.

La Armada de Estados Unidos financia el proyecto, al ser elegido como uno de los ganadores en la edición 2023 del ONR Global-X Challenge en la categoría Textiles multifuncionales para plataformas de supervivencia.

Luis Marcelo Lozano, investigador del Tec, platica para TecScience que, junto a sus colegas, desarrolla un prototipo de textil con un enfoque en las necesidades de un buzo como usuario principal, pero que también puede tener otras aplicaciones asociadas a ambientes de supervivencia.

Buscamos generar multifuncionalidad con dos tipos de componentes: uno pasivo con las características del PE para dar protección ante las presiones en altas profundidades, con el agua misma y con termorregulación para las bajas temperaturas y, también, uno activo con fibras piezoeléctricas y termoeléctricas para generar electricidad”, explica.

Lozano destaca que el proyecto fue uno de los seis elegidos a nivel mundial en este certamen para recibir el apoyo.

Material textil con propiedades sustentables

El textil en el que trabajan los investigadores estaría conformado por dos capas de fibras de polietileno, unidas por un espaciador –similar a un hueco– y entrelazadas con otras a las que se les pueden incrustar otros materiales para generar la energía.

El componente pasivo consiste en funcionalidades que no requieren ninguna fuente de energía para operar. Por ejemplo, a través de un proyecto que han trabajado con el MIT pueden dar a textiles creados con polietileno mejores características térmicas, de absorción del agua y resistencia a las manchas, que las de otros en la industria de la moda, como el algodón.

Por su estructura química, que lo hace repeler el agua, el polietileno ha sido descartado para hacer prendas de vestir, pero con modificaciones en sus propiedades estructurales y superficiales se puede aprovechar para ofrecer características que, incluso, son útiles para un traje de buzo.

Por ejemplo, con las propiedades hidrofóbicas se puede crear un espaciador funcional dentro de la tela, como protector y aislante térmico, para que el buzo mantenga su cuerpo caliente pese a las bajas temperaturas que hay en las profundidades.

“El polietileno es un material muy sencillo en su estructura, básicamente hecho de carbono e hidrógeno. Te permite jugar poquito con el calor, ya sea que lo hagas transparente a él, o que podamos modular el tamaño de las fibras para que lo reflejen y mantener la temperatura del cuerpo dentro del mismo traje”, dice Lozano.

Una tela que genera energía

Por otro lado, el componente activo del material que aún se estudia, se lograría por medio de fibras capaces de generar la electricidad. Así se podrían alimentar sistemas de comunicación, monitoreo de salud y termorregulación activa del traje, entre otros.

Por un lado están las fibras piezoeléctricas, que permiten “generar electricidad a partir de movimientos. Podemos pensar que el traje de buzo genera esta energía mientras se mueva y el sistema se estaría autoalimentando”.

Estos materiales tienen capacidad de polarización. Lozano explica que, cuando existe una deformación mecánica, la separación de polos es más evidente y en el polo negativo (electrones) ocurre la generación de carga en un solo lado; luego, con un elemento conductor se puede llevar la carga hacia el dispositivo que se quiera alimentar.

Mientras, las fibras termoeléctricas permiten generar energía a partir de una diferencia de temperatura, por ejemplo, la que hay entre el cuerpo del buzo y el agua.

En este caso, el investigador señala que hay similitudes con el funcionamiento de un termopar, un medidor de temperatura industrial, donde existe una diferencia de cargas positivas y negativas que fluyen a través de un material conductor; allí, son las cargas negativas las que también podrían dar energía a un sistema.

Lozano dice que el equipo de investigadores aún trabaja en desarrollar el tejido, con el que ya han visto resultados preliminares que exponen potencias de microwatts, los cuales se pueden multiplicar dependiendo del volumen de una prenda funcional.

Hoy, su objetivo está en optimizar las fibras y generar una cantidad de energía suficiente para ser leída por equipos de caracterización que ayuden a una mejor medición y gestión de las cargas eléctricas.

“Aunque las fibras sean pocas, imaginándonos en que todo lo que portemos sobre nosotros genere energía por el movimiento o la diferencia de temperatura, es prometedor para todo lo que podemos alimentar”.

Aprovechan la ingeniería de tejido

El investigador señala que la funcionalidad activa requiere que el PE sea adicionado con otros materiales, por ejemplo, el PVDF o fluoruro de polivinilideno, un polímero con características piezoeléctricas.

Sin embargo, cuando se añaden otros materiales a las fibras de PE, algunas de las funcionalidades no ocurren de la misma manera, entre ellas, la termorregulación pasiva, lo que el equipo ha tratado de solucionar a través de una ingeniería de tejidos que permita tener los diferentes efectos en un mismo material.

“La parte más interesante del proyecto es que no solo recae en las fibras, sino que también está la forma en cómo hacemos el tejido; está hecho básicamente por fibras que pueden estar bordadas o estructuradas de tal manera que la tela cumpla con la multifuncionalidad”, comenta.

Esta ingeniería de tejidos también comprende las diferentes capas del textil, una de ellas entra en contacto con el cuerpo humano y otra con el agua, ambas con funcionalidades distintas, mientras, entre ellas, el espaciador, con el que se podría añadir otra cualidad a la tela.

Lozano señala que el proyecto podría finalizarse en aproximadamente un año. Como resultado, esperan obtener un material ligero y flexible, pero con la suficiente resistencia para soportar las condiciones de las profundidades.

Este material podría ser una alternativa al neopreno, utilizado en trajes submarinos, pero que no tiene las características de un textil inteligente, por ejemplo, para generar energía.  

Además de un traje de buzo, Lozano destaca que la tecnología de este material textil podría ser de utilidad para otro tipo de indumentarias para ambientes de supervivencia, por ejemplo, para un bombero al que servirían funciones como aislamiento térmico y monitoreo de salud.

“Es un desarrollo que en general está buscando ayudar a la sociedad; se propuso como definición de interés para la naval, como una solución a un reto que ellos tienen, pero lo veo con potencial para uso comercial hacia donde nos estamos moviendo donde la ropa te ayude a monitorear tus signos vitales y no solo ahorrar energía, sino generarla para diferentes aplicaciones”, comenta.

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Autor

Picture of Ricardo Treviño