“Por lo que sabemos, este es el primer artículo revisado de alguien que alimenta [eléctricamente] algo pegando electrodos en un árbol”, dijo el co-autor Babak Parviz, profesor asociado de Ingeniería Eléctrica en la Universidad de Washington .
Un estudio realizado el año pasado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts encontró que las plantas generan un voltaje de hasta 200 milivoltios cuando se le coloca un electrodo en su tallo y el otro en el suelo circundante. Desde entonces, los investigadores han lanzado una empresa de desarrollo de sensores en los bosques que aprovechan esta nueva fuente de energía.
El equipo de la UW buscó continuar la investigación académica en el campo de la energía de los árboles construyendo circuitos que funcionen con esa energía. Lograron hacer funcionar con éxito, por primera vez, un circuito alimentado por completo por la energía de un árbol.
El co-autor Carlton Himes, un estudiante de pregrado de la Universidad de Washington, pasó el verano pasado explorando los probables sitios. Conectando electrodos en los árboles y usando un voltímetro, se encontró con que los arces de hoja ancha, comunes en el campus de la UW, generan una tensión constante que llega hasta unos cientos de milivoltios.
A continuación, el equipo de la UW construyó un dispositivo que pudiese funcionar con la potencia disponible. El co-autor Brian Otis, un profesor asistente de ingeniería eléctrica de la Universidad de Wisconsin, dirigió el desarrollo de un convertidor-ampliador, un dispositivo que toma un bajo voltaje de entrada y lo almacena para producir un mayor rendimiento. El convertidor hecho a medida por su equipo trabaja con voltajes de entrada de tan sólo 20 mV (1 milivoltio es una milésima de voltio), que es un voltaje de entrada más bajo que lo que acepta cualquiera de los productos ya existentes. Produce una tensión de salida de 1,1 voltios, suficiente para hacer funcionar sensores de baja potencia.
El circuito está construido con partes que miden 130 nanómetros y que consumen, en promedio, sólo 10 nanovatios de energía durante su funcionamiento (1 nanovatio es la milmillonésima parte de un vatio).
“La electrónica normal no funcionaría con los tipos de tensiones y corrientes que obtenemos de un árbol. Pero la nanoescala no es sólo de tamaño, sino también en el consumo de energía y poder”, dijo Parviz.
“A medida que entren en línea nuevas generaciones de tecnología”, añadió, “creo que se justifica una revisión en lo que es factible o lo que no es factible en términos de fuente de energía.”
A pesar de que utilizan dispositivos especiales de baja energía, el convertidor y el resto de la electrónica pasan la mayor parte de su tiempo en un modo de suspensión con el fin de conservar la energía, lo cual es una complicación.
“Si se va a dormir todo, el sistema nunca se despierta”, dijo Otis.
Para resolver este problema, el equipo de Otis construyó un reloj que funciona continuamente a 1 nanovatio, alrededor de una milésima de la energía necesaria para ejecutar un reloj de pulsera, y cuando se enciende opera a 350 mV, aproximadamente una cuarta parte de la tensión en una pila AA. El reloj de baja energía produce un impulso eléctrico una vez cada pocos segundos, lo que permite la activación periódica del sistema.
El fenómeno de la energía del árbol es diferente del popular experimento de la papa o el limón, en la que dos diferentes metales reaccionan con estos alimentos para crear una diferencia de potencial eléctrico que produce un flujo de corriente.
“Específicamente, no queríamos confundir este efecto con el efecto de la papa, así que utilizamos el mismo metal para los electrodos”, dijo Parviz.
Es poco probable que se utilice la energía de los árboles para sustituir a la energía solar en la mayoría de las aplicaciones, admite Parviz. Sin embargo, el sistema puede proporcionar una opción de bajo costo para suministrar energía a unos sensores puestos en los árboles que se podrían utilizar para detectar las condiciones ambientales o los incendios forestales. También se podría utilizar la salida eléctrica para medir la salud de un árbol.
“No está establecido con exactitud cuál es el origen de estas tensiones. Sin embargo, parece que hay algunas señales en los árboles similares a lo que sucede en el cuerpo humano, pero con menor velocidad”, dijo Parviz. “Estoy interesado en la aplicación de estos resultados como una manera de investigar lo que está haciendo el árbol. Cuando uno va al médico, lo primero que éste mide es el pulso. En realidad no tenemos algo similar para los árboles”.
Los otros co-autores son Eric Carlson y Ryan Ricchiuti de la Universidad de Washington. La investigación fue financiada en parte por la National Science Foundation.
Fuente: Universidad de Washington. Aportado por Eduardo J. Carletti
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